本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物炭及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鎘是一種溶解性較高、毒性較強(qiáng)的重金屬，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進(jìn)入人體引起慢性中毒，貧血、骨質(zhì)疏松和腎損壞等一系列疾病。然而，鎘是工農(nóng)業(yè)使用的原料，被廣泛用于電鍍、合金、殺蟲劑和電池制造等行業(yè)，其以“三廢”形式進(jìn)入環(huán)境，從而導(dǎo)致鎘污染嚴(yán)重超標(biāo)。因此，環(huán)境中的鎘污染問題亟待解決。

生物炭是一種環(huán)境友好型材料，由于具有比表面積大和微孔結(jié)構(gòu)等特性，其能顯著地吸附水體中重金屬；同時(shí)，生物炭的制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。因此，可將生物炭用于吸附廢水中的重金屬鎘。

南美蟛蜞菊被列為世界上危害最嚴(yán)重的100種外來(lái)入侵生物之一，在19世紀(jì)70年代，南美蟛蜞菊作為一種綠地植物被許多國(guó)家(包括中國(guó))大規(guī)模的引入，但最終爆發(fā)成災(zāi)，尤其在我國(guó)華南地區(qū)蔓延擴(kuò)散。南美蟛蜞菊的生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、植株生產(chǎn)力高，入侵后極易形成單優(yōu)植物群落并成片生長(zhǎng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有栽斐蓸O大威脅。但目前尚未報(bào)道：以南美蟛蜞菊為原料制備生物炭來(lái)治理廢水，達(dá)到雙贏的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種生物炭及其制備方法與應(yīng)用，該生物炭以南美蟛蜞菊為原料進(jìn)行制備，不僅能吸附廢水中重金屬，還能清除南美蟛蜞菊帶來(lái)的入侵危害。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：南美蟛蜞菊在制備生物炭中的應(yīng)用。

另外，本發(fā)明還提供一種生物炭的制備方法，包括以下步驟：

1a)將南美蟛蜞菊清洗干凈、烘干并粉碎至粒徑小于0.15mm，得到南美蟛蜞菊粉末；

1b)將步驟1a)中南美蟛蜞菊粉末置于氮?dú)庵?，南美蟛蜞菊粉末活化的溫度?00～700℃，活化的時(shí)間為0.5～10h；冷卻至室溫，即得到生物炭初品；

1c)將步驟1b)中所述生物炭初品粉碎，即得到生物炭，所述生物炭的粒徑小于0.15mm。本發(fā)明制備的南美蟛蜞菊生物炭粒徑小、比表面積更大、微孔結(jié)構(gòu)更突出。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟1a)中烘干的溫度為105℃。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟1b)中活化的溫度為500℃，活化的時(shí)間為4h。

另外，本發(fā)明還提供一種生物炭，所述生物炭采用所述的方法制備所得。

另外，本發(fā)明還提供所述的生物炭在降低廢水中重金屬含量中的應(yīng)用。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述重金屬為鎘。

作為上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述的生物炭在降低廢水中鎘含量中的應(yīng)用為：含鎘廢水在投加生物炭之前，廢水中鎘濃度控制在10～550mg/l，廢水ph值控制在2～8；生物炭投加量為0.5～1.5mg/ml。

作為上述技術(shù)方案更進(jìn)一步地改進(jìn)，所述的生物炭在降低廢水中鎘含量中的應(yīng)用為：含鎘廢水中投加生物炭之后，吸附時(shí)間為5min～24h，溫度為25℃，振蕩速率為250rpm。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種生物炭及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明的生物炭以南美蟛蜞菊為原料進(jìn)行制備，既能消除南美蟛蜞菊帶來(lái)的入侵危害，又能用生物炭吸附廢水中重金屬，如重金屬鎘；本發(fā)明制備的生物炭粒徑小、比表面積更大、微孔結(jié)構(gòu)更突出，即使廢水中投加少量的南美蟛蜞菊生物炭，其對(duì)重金屬鎘的吸附量和吸附率也能取得較優(yōu)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1～3所述生物炭的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1～3所述生物炭的sem形貌圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～3所述生物炭的ftir光譜圖。

具體實(shí)施方式

為更好地說(shuō)明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合具體實(shí)施例、附表和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭的制備方法，包括以下步驟：

1a)采集南美蟛蜞菊，將所采集的南美蟛蜞菊沖洗干凈、105℃烘干并粉碎至粒徑小于0.15mm；

1b)將步驟1a)中南美蟛蜞菊粉末放置在管式電阻爐中進(jìn)行活化，設(shè)置溫度為500℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下活化時(shí)間4h；待冷卻至室溫后取出，即可得到南美蟛蜞菊生物炭初品；

1c)將步驟1b)中所述生物炭初品粉碎至粒徑小于0.15mm，即得到南美蟛蜞菊生物炭(如圖1所示)。

實(shí)施例2

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭的制備方法，包括以下步驟：

1a)采集南美蟛蜞菊，將所采集的南美蟛蜞菊沖洗干凈、105℃烘干并粉碎至粒徑小于0.15mm；

1b)將步驟1a)中南美蟛蜞菊粉末放置在管式電阻爐中進(jìn)行活化，設(shè)置溫度為400℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下活化時(shí)間0.5h；待冷卻至室溫后取出，即可得到南美蟛蜞菊生物炭初品；

1c)將步驟1b)中所述生物炭初品粉碎至粒徑小于0.15mm，即得到南美蟛蜞菊生物炭。

實(shí)施例3

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭的制備方法，包括以下步驟：

1a)采集南美蟛蜞菊，將所采集的南美蟛蜞菊沖洗干凈、105℃烘干并粉碎至粒徑小于0.15mm；

1b)將步驟1a)中南美蟛蜞菊粉末放置在管式電阻爐中進(jìn)行活化，設(shè)置溫度為700℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下活化時(shí)間24h；待冷卻至室溫后取出，即可得到南美蟛蜞菊生物炭初品；

1c)將步驟1b)中所述生物炭初品粉碎至粒徑小于0.15mm，即得到南美蟛蜞菊生物炭。

對(duì)實(shí)施例1～3中南美蟛蜞菊生物炭進(jìn)行形貌分析(掃描電子顯微鏡)，南美蟛蜞菊生物炭的形貌結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出南美蟛蜞菊生物炭表面具有多孔和管束結(jié)構(gòu)；對(duì)實(shí)施例1～3中南美蟛蜞菊生物炭進(jìn)行紅外光譜分析，如圖3所示，可以看出南美蟛蜞菊生物炭表面有豐富的官能團(tuán)：-oh(3448.6cm^-1)、脂肪族-ch2伸縮振動(dòng)(2889.2cm^-1)、c＝c的伸縮振動(dòng)(2364.6cm^-1)、芳香環(huán)上的c-c和co3^2-(1421.5～1460.1cm^-1)和纖維素、半纖維素、木質(zhì)素上連接的-oh(1047.3cm^-1)。

實(shí)施例4

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，本實(shí)施例中南美蟛蜞菊以實(shí)施例1的制備方法進(jìn)行制備，本實(shí)施例的南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用如下：含鎘廢水在投加生物炭之前，廢水中鎘濃度為50mg/l，廢水的ph值為6；20ml含鎘廢水中投加10mg南美蟛蜞菊生物炭；在25℃下振蕩5min，振蕩速率為250rpm；反應(yīng)結(jié)束后，去上清液、過濾，按一定倍數(shù)稀釋后，用火焰原子分光光度計(jì)測(cè)定吸附后金屬鎘的濃度。

實(shí)施例5

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例4，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為2h。

實(shí)施例6

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例4，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為24h。

實(shí)施例7

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例4，區(qū)別之處在于：20ml含鎘廢水中投加20mg南美蟛蜞菊生物炭。

實(shí)施例8

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例7，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為2h。

實(shí)施例9

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例7，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為24h。

實(shí)施例10

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例4，區(qū)別之處在于：20ml含鎘廢水中投加30mg南美蟛蜞菊生物炭。

實(shí)施例11

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例10，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為2h。

實(shí)施例12

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例10，區(qū)別之處在于：南美蟛蜞菊生物炭吸附鎘的時(shí)間為24h。

實(shí)施例13

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水的ph值為2。

實(shí)施例14

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水的ph值為7。

實(shí)施例15

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水的ph值為8。

實(shí)施例16

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水中鎘濃度為10mg/l。

實(shí)施例17

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水中鎘濃度為200mg/l。

實(shí)施例18

一種本發(fā)明所述南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，同實(shí)施例12，區(qū)別之處在于：廢水中鎘濃度為550mg/l。

表1

如表1所示，表1列出實(shí)施例4～18中南美蟛蜞菊生物炭在降低廢水中鎘含量的應(yīng)用，以及南美蟛蜞菊生物炭的吸附容量、吸附率。本發(fā)明的南美蟛蜞菊生物炭吸附量可達(dá)到120.66mg/g(最大值為123.5mg/g，表1中未列出)，吸附率可達(dá)到為99.64％；由于本發(fā)明的南美蟛蜞菊生物炭比表面積更大、微孔結(jié)構(gòu)更突出，生物炭吸附重金屬鎘的能力相對(duì)比較良好；同時(shí)，本發(fā)明生物炭投加的量為0.5～1.5mg/ml明顯較低。

從表1中可以看出，本發(fā)明南美蟛蜞菊生物炭吸附重金屬鎘的能力與生物炭投加量、廢水中鎘濃度、廢水ph值和吸附時(shí)間密切相關(guān)。參考實(shí)施例4～6(或?qū)嵤├?～9或?qū)嵤├?0～12)，反應(yīng)時(shí)間控制在2h內(nèi)即可；參考實(shí)施例13～18，廢水的ph值控制在6～8即可；參考實(shí)施例15～18，廢水中鎘濃度控制在50mg/l左右即可；參考實(shí)施例4～18，生物炭投加量控制在1.0mg/ml即可(備注，結(jié)合吸附容量和吸附率來(lái)參考)。

最后所應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。