負載鐵氧化物的復(fù)合生物炭材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種負載鐵氧化物的復(fù)合生物炭材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]我國土壤或水體重金屬污染受到廣泛關(guān)注，砷污染尤為嚴重，1956-1984年以來我國共發(fā)生砷污染事件30余起。近年來，我國又陸續(xù)出現(xiàn)多起砷污染和砷中毒事件。僅2008年以來，已爆發(fā)7起砷污染事件，包括影響惡劣的云南陽宗海砷污染事件，貴州省獨山縣，山東臨沂砷污染事件等。今年環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合頒布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》指出，不論耕地、林地還是草地，砷都是主要污染物之一，砷污染治理越來越突出。1992年，世界衛(wèi)生組織制定的國際飲水標準中將規(guī)定砷含量由0.05mg/L降為0.01mg/L。2006年，美國和歐盟修改了砷的標準，新標準規(guī)定水中含量小于0.01mg/Lo 2012年我國最新頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定為0.01mg/Lo
[0003]目前含砷廢水處理主要有化學(xué)沉淀法，離子交換法、吸附法等。土壤中砷修復(fù)主要是電動修復(fù)法、淋洗法和化學(xué)固化-穩(wěn)定化等。原位固化-穩(wěn)定化以其易于操作、低成本等特點逐漸成為修復(fù)重金屬污染土壤的一種有效方法。最近，用農(nóng)業(yè)廢棄物(如植物秸桿、牲畜糞便等)制成的生物炭，由于其原材料比較單一，基本不含有毒物質(zhì)，且對減少土壤溫室氣體的排放、碳的固定、改善土壤理化性狀和土壤污染物修復(fù)方面都表現(xiàn)出了積極作用而備受關(guān)注。
[0004]生物炭是由植物生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下，經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一類高度芳香化的難熔性固態(tài)物。具有多孔性，比原材料大幾千倍的表面積和大量的表面負電荷表現(xiàn)出極強的重金屬吸附能力，能夠吸附包括砷在內(nèi)的多種重金屬。生物炭中有機炭含量可以高達90%，具有很高的生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性，可長期穩(wěn)定地存在于環(huán)境中而不易被礦化，因此可以將生物炭施入土壤來長期穩(wěn)定吸附土壤中的砷。利用工農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢棄物材料制備生物炭，再利用該生物炭處理重金屬污染，是以廢治廢的理想模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種負載鐵氧化物的復(fù)合生物炭材料及其制備方法與應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明提供的制備生物炭復(fù)合材料的方法，包括如下步驟:
[0007]將生物質(zhì)與浸漬液混合超聲后，干燥，炭化，得到所述生物炭復(fù)合材料。
[0008]所述浸漬液為鐵鹽的水溶液。
[0009]上述方法中，所述生物質(zhì)選自水稻秸桿、大豆秸桿、稻殼、果殼、玉米棒和竹子中的至少一種；
[0010]所述鐵鹽為三氯化鐵或硫酸鐵。
[0011]所述浸漬液的濃度為0.5-5mol/L，具體可為2mol/L。
[0012]所述浸漬液與生物質(zhì)的用量比為IL:50g-150g，具體為IL:100g?
[0013]所述超聲步驟中，功率為50-100W ;時間為0.5h-2h ;各種常用的超聲設(shè)備均適用，如單槽式超聲波清洗器；
[0014]所述干燥步驟中，溫度為50-80°C ;時間為24-48小時，具體為24小時；
[0015]所述炭化步驟中，炭化氣氛為惰性氣氛或氮氣氣氛；溫度為500-70(TC，具體為6000C ;時間為2h-6h，具體可為4h。
[0016]另外，按照上述方法制備得到的生物炭復(fù)合材料及該生物炭復(fù)合材料在吸附砷元素中的應(yīng)用，也屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017]其中，所述生物炭復(fù)合材料由生物炭和鐵的氧化物組成；
[0018]所述鐵的氧化物負載在所述生物炭的孔隙中和表面；
[0019]所述鐵的氧化物選自三氧化二鐵和四氧化三鐵中的至少一種；
[0020]所述鐵的氧化物中的鐵元素與所述生物炭的質(zhì)量比為1.5-5:100，具體可為2.5:100 ；
[0021]所述生物炭為由生物質(zhì)炭化而得的產(chǎn)物；
[0022]所述生物質(zhì)具體選自水稻秸桿、大豆秸桿、稻殼、果殼、玉米棒和竹子中的至少一種；
[0023]所述炭化步驟中，炭化氣氛為惰性氣氛或氮氣氣氛；溫度為500-700°C ;時間為
2h-6ho
[0024]所述砷元素具體可為存在于水體或土壤中的砷元素；
[0025]所述水體具體為廢水，更具體為含砷元素的廢水；
[0026]所述砷元素的價態(tài)具體為三價或五價。
[0027]所述水體中，砷元素的濃度具體可為lmg/L-15mg/L，具體可為1.5mg/L ;
[0028]所述生物炭復(fù)合材料在所述水體中的濃度具體可為lg/L_5g/L ；
[0029]所述吸附的條件具體為:在室溫下于搖床中振蕩。
[0030]所述振蕩步驟中，搖床轉(zhuǎn)速為100rpm-200rpm，具體為150rpm ；
[0031]振蕩時間為12h_24h，具體為12h。
[0032]本發(fā)明采用超聲浸漬方式，超聲處理有利于浸漬液快速進入到生物質(zhì)內(nèi)部，提高了溶質(zhì)的傳遞速度，縮短了浸漬時間，改善了負載型生物炭的均勻性和使用性能。該復(fù)合生物炭材料可用于去除水體砷污染，對砷的吸附率高，進一步提高原生物炭的吸附性能。同時，所用原料來源廣，成本低廉，操作簡單，技術(shù)通用性好，實現(xiàn)了 “以廢治廢”，在重金屬污染廢水處理，土壤重金屬污染阻控等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。而且，本發(fā)明方法同樣適合其他負載型生物炭的制備。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。
[0034]實施例1
[0035]稱取FeCl3.H2O加入到蒸餾水中，充分攪拌溶解配制的得到濃度為0.5mol/L的FeClj^水溶液，也即浸漬液；
[0036]取稻殼適量，浸入上述FeCl3的水溶液中，F(xiàn)eCl 3的水溶液與稻殼的用量比為IL:10g,再放入單槽式超聲波清洗器進行超聲處理，超聲功率為50W，超聲Ih后，在烘箱內(nèi)50°C干燥24小時，裝入內(nèi)部體積為20ml的不銹鋼密閉容器中，將不銹鋼容器放置馬弗爐中，在氮氣氣氛下于600°C加熱進行炭化4h，冷卻得到本發(fā)明提供的鐵氧化物負載的稻殼生物炭復(fù)合材料。
[0037]該生物炭復(fù)合材料由鐵的氧化物和生物炭組成，鐵的氧化物為四氧化三鐵和三氧化二鐵，且負載在生物炭的孔隙中和表面；鐵元素與生物炭的質(zhì)量比為2.5:100。
[0038]稱取0.1g該生物炭復(fù)合材料，置于50ml的聚四氟乙烯塑料離心管中，加入20mL五價砷離子的濃度為1.5mg/L的含砷廢水。蓋緊蓋子后，將離心管放置于搖床內(nèi)，室溫下150rpm 振蕩 24h。
[0039]將上清液