一种铁基-羧基改性生物炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及有色冶炼场地重金属污染修复技术领域，具体涉及一种铁基

【技术实现步骤摘要】
一种铁基
‑
羧基改性生物炭及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及有色冶炼场地重金属污染修复
，具体涉及一种铁基
‑
羧基改性生物炭及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锑冶炼过程产生大量的含锑废物，并在不同环境介质中迁移，极易造成土壤和水体污染，威胁人类健康。近年来，在世界各地各环境介质中均发现锑含量超出相应环境标准。锑冶炼场地由于冶炼过程和大气沉降等，场地土壤锑等重金属超标严重，引起研究者的高度关注。
[0003]锑冶炼场地中锑主要以五价锑(Sb(OH)6‑
)的形态存在，几乎占总锑量的90％以上。五价锑是一种氧阴离子，土壤体系中pH越高，土壤中锑迁移性越强。生物炭因其价廉易得，环境友好，比表面积大，对土壤铅、镉等阳离子重金属具有较好的吸附和钝化效果。但当前常用的生物炭一般呈碱性，对锑作用并不明显，甚至可能增加其在土壤中的活性和迁移能力，从而造成土壤锑污染。此外，锑冶炼场地土壤重金属种类多，污染程度差异大，生物炭材料由于吸附位点不足对重金属固定能力有限，不利于其在有色金属冶炼场地土壤重金属修复的应用；赤泥是一种典型的大宗工业固体废弃物，其资源化利用成为当前研究的热点和难点。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术基于锑冶炼场地不同类型重金属对相应基团的吸附钝化选择性，通过生物质、赤泥等工农业固体废弃物研发一种铁基
‑
羧基改性生物炭复合材料，以实现锑冶炼场地多金属的同步钝化。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种铁基
‑
羧基改性生物炭的制备方法，所述制备方法具体包括：
[0006]S1：将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭；所述生物质原料为桦木、山核桃壳、松针及醋渣中的一种或多种；
[0007]S2：将所述生物碳与过氧化氢溶液以固液比为1:10
‑
20比例混合，搅拌反应后过滤取滤渣，并烘干获得改性生物炭；
[0008]S3：将高铁赤泥与硫酸溶液以固液比为1
‑
3:1
‑
2比例混合，反应后离心过滤取滤液，获得铁基浸渍液；
[0009]S4：将所述改性生物碳加入至所述铁基浸渍液中进行超声浸渍后，过滤取滤渣，经清洗、烘干获得铁基
‑
羧基改性生物炭复合材料。
[0010]进一步的，所述将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭步骤具体包括：
[0011]将生物质原料进行粉碎、清洗和烘干获得干燥生物质原料；
[0012]将所述干燥生物质原料置于惰性气氛中热解2
‑
4h，热解温度为200
‑
600℃，热解结束后通入惰性气体进行冷却至室温，清洗后在60℃条件下烘干12
‑
24h，得到生物炭。
[0013]进一步的，所述步骤S2中具体工艺参数为：
[0014]所述过氧化氢溶液浓度为25
‑
35％；
[0015]所述搅拌反应的温度为40
‑
60℃，反应时间为6
‑
12h。
[0016]进一步的，所述高铁赤泥中铁、铝氧化物含量分别为30
‑
50％和15
‑
25％，所述硫酸溶液浓度为1
‑
3mol/L。
[0017]进一步的，所述改性生物碳和铁基浸渍液的固液比为1:20
‑
60，所述超声浸渍的时间为40
‑
60min。
[0018]进一步的，所述步骤S4中清洗过程采用去离子水，所述干燥过程的温度为60℃，干燥时间为12
‑
24h。
[0019]基于同一专利技术思路的，本专利技术提供了一种铁基
‑
羧基改性生物碳，所述铁基
‑
羧基改性生物碳按照上述制备方法制备获得。
[0020]基于同一专利技术构思的，本专利技术还提供了按照上述制备方法制备获得的铁基
‑
羧基改性生物碳在重金属污染土壤修复中的应用。
[0021]进一步的，所述重金属污染包括单一的锑、砷或铅污染，或者含锑、砷、铅的复合重金属污染。
[0022]进一步的，所述应用方法具体包括以下步骤：
[0023]将所述铁基
‑
羧基改性生物碳添加至重金属污染土壤中，所述添加量占重金属污染土壤量的1.0
‑
2.0％，在持水量为60％、温度为25℃条件下恒温土培30天。
[0024]有益效果：
[0025](1)本专利技术在采用天然生物质材料，其具有巨大的比表面积、丰富的官能团和发达的微孔结构，并采用H2O2进行改性，不仅会使生物炭的含氧官能团大大增加，且能够是的赤泥改性过程中，金属氧化物更容易负载到生物炭上，为生物炭增加了大量的吸附位点，使含锑及其他重金属元素污染的土壤有良好修复效果。
[0026](2)本专利技术的铁基
‑
羧基改性生物碳能够充分发水负载在生物炭上铁和铝氧化物的功能，从而降低土壤中重金属的迁移能力，达到修复污染土壤的本地，满足对锑冶炼场地钝化剂的选择要求，材料本身不含有重金属，不仅实现了生物质和赤泥的资源化利用提供了思路。
[0027](3)本专利技术所述的铁基
‑
羧基改性生物炭的制备过程简单、条件温和，不需采用大量有机溶剂，对环境友好，且易于实现工业化。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例提供的醋渣生物炭改性前后的SEM图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的醋渣生物炭改性前后的XRD图谱。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0031]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的
保护范围。
[0032]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0033]实施例1
[0034]S1：将桦木碾碎成小片，洗净、烘干后，装入不锈钢容器中，在氮气气氛下，将容器放置于马弗炉中，300℃加热进行热解，炭化4h后，待冷却取出由桦木炭化而得的生物炭，所制得的生物炭为酸性生物炭。
[0035]S2：将所述生物炭以固液比为1:10加入到30％的H2O2溶液中进行改性，然后置于磁力搅拌器中搅拌，磁力搅拌温度为40℃，搅拌时间为12h，然后进行固液分离，将生物炭用去离子水洗净，置于60℃烘干至恒重，得到改性生物炭。
[0036]S3：将高铁赤泥与硫酸溶液以固液比1:1混合，搅拌反应后过滤取滤液，获得碱性降低的含有金属离子的铁基浸渍液，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基
‑
羧基改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：S1：将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭；所述生物质原料为桦木、山核桃壳、松针及醋渣中的一种或多种；S2：将所述生物碳与过氧化氢溶液以固液比为1:10
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20比例混合，搅拌反应后过滤取滤渣，并烘干获得改性生物炭；S3：将高铁赤泥与硫酸溶液以固液比为1
‑
3:1
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2比例混合，反应后离心过滤取滤液，获得铁基浸渍液；S4：将所述改性生物碳加入至所述铁基浸渍液中进行超声浸渍后，过滤取滤渣，经清洗、烘干获得铁基
‑
羧基改性生物炭复合材料。2.根据权利要求1所述的铁基
‑
羧基改性生物碳的制备方法，其特征在于，所述将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭步骤具体包括：将生物质原料进行粉碎、清洗和烘干获得干燥生物质原料；将所述干燥生物质原料置于惰性气氛中热解2
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4h，热解温度为200
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600℃，热解结束后通入惰性气体进行冷却至室温，清洗后在60℃条件下烘干12
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24h，得到生物炭。3.根据权利要求1所述的铁基
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羧基改性生物碳的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中具体工艺参数为：所述过氧化氢溶液浓度为25
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35％；所述搅拌反应的温度为40
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60℃，反应时间为6
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12h。4.根据权利要求1所述的铁基
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱锋，薛生国，江钧，范家荣，刘政，可文舜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：