【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境功能材料与生物质资源化利用领域，具体涉及一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法与应用。
技术介绍
1、植物修复技术作为一种环境友好的土壤重金属修复技术，因其操作简便、成本较低等优势而备受关注。然而，在植物修复过程中产生的富集重金属的植物残渣若未得到妥善处理而直接排放到环境中，可能会导致土壤和水体中的污染物释放，进而对地下水和土壤等环境介质造成严重的二次污染。此外，伴矿景天作为典型富集zn、cd和pd植物，其内部含有的重金属矿物以及生物质成分，均具有资源化潜力。若能处理得当，不仅能够解决环境污染问题，还可以将其变废为宝。
2、现有技术中，高温热解被认为是处理植物修复残渣的有效途径，在显著减容减量同时还能产生具有较高附加值的生物炭材料。此外，制备过程能有效的将重金属富集在生物炭中，是一种相对安全环保的处置方式。然而，生物炭中富集重金属的潜在释放风险，成为限制植物修复残渣生物炭进一步资源化利用的重要因素。
3、cn201910888640.3公开了一种超富集植物基生物炭及其制备方法与应用，将伴矿景天等超富集植物自然风干、粉碎以及500-800℃无氧热解，得到超富集植物基生物炭，并将所得超富集植物基生物炭应用在吸附固化重金属离子中。但该方法是在无氧氛围下进行矿石的火法冶炼，焚烧的过程会产生有害气体和粉尘，且制备过程的反应不仅包括热解，还涉及熔融、还原等反应，导致生成的生物炭中含有较多的杂质，影响生物炭的纯净度和质量。上述的生物炭材料存在制备过程繁琐、成本高昂的缺陷，不利于超富集植物的资源化利用，
4、氟喹诺酮类抗生素因其广谱、高效、作用时间长且使用便捷，广泛应用于多种感染的治疗。然而，其在环境中的残留难以降解，大量的使用造成此类抗生素在环境中不断积累，高浓度的抗生素不仅影响水体生态，还导致抗生素耐药细菌和抗生素耐药基因的增加，造成全球公共卫生的重大隐患。
5、吸附是去除氟喹诺酮类抗生素的重要手段。生物炭作为一种由生物质热解产生的多孔碳材料，具有丰富的表面官能团、较大的比表面积和发达的孔隙结构，因此在吸附领域备受关注。通过物理、化学或生物改性手段可进一步提升生物炭的吸附性能。cn202410729884.8和cn201910549244.8提出了在生物炭上负载锌离子实现抗生素污染物高效去除的方法，但这些方法需要使用碱式碳酸锌和氯化锌等锌盐作为外源负载的原料，存在合成工艺复杂、制造成本较高以及潜在的重金属浸出风险等问题。因此，开发利用富含内源矿物质和有机成分的生物质原料制备生物炭，以实现低成本、高效去除污染物的目标具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于伴矿景天的富锌生物炭及其制备方法和应用，固化重金属的同时，对氟喹诺酮类抗生素表现出优异吸附性能，为超富集植物的处置和再利用提供了一种新思路。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
3、1)将伴矿景天进行烘干，粉碎，得到伴矿景天粉末；
4、2)将处理后的伴矿景天粉末加入热解炉中，在无氧环境下进行热解，热解升温速率为8～12℃/min，热解温度为400～800℃，保温时间为40～80min；
5、3)热解完的固体残渣随炉温一起冷却至室温，再进行研磨筛分，干燥后获得富锌生物炭粉末。
6、进一步地，步骤1)控制烘干后的伴矿景天含水率小于2wt％。
7、进一步地，步骤1)粉碎完后筛分得到均匀的伴矿景天粉末，粒径为0.15～0.25mm。
8、进一步地，步骤1)所述的伴矿景天中zn的富集浓度为10～20mg/g。
9、进一步地，步骤2)热解气氛为氮气，氮气流速为150～450ml/min。
10、进一步地，步骤2)热解炉为固定床热解反应器，盛装伴矿景天粉末的容器为石英坩埚。
11、进一步地，步骤3)对生物炭进行研磨筛分，具体包括：将冷却后的固体残渣置于玛瑙研钵研磨，筛分至<0.15mm。
12、本专利技术还提供一种采用所述方法制得的基于伴矿景天的富锌生物炭。
13、本专利技术还提供一种基于伴矿景天的富锌生物炭的应用，将所述基于伴矿景天的富锌生物炭作为吸附剂用于处理污水中的氟喹诺酮类抗生素。
14、进一步地，所述的富锌生物炭在污水中的加入量为0.1～0.6g/l。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
16、(1)本专利技术首次选用基于超富集植物伴矿景天热解制备富锌生物炭，通过调控热解温度，95％以上的锌能有效的固定在生物炭中，在降低超富集植物处置过程中重金属逸出带来的污染风险的同时，实现了重金属的变废为宝。伴矿景天内富集的重金属矿物质在热解中能与有机物发生相互作用，催化生成更多功能性氧化基团(如羧基、羟基、酮基等)，大幅度提高了生物炭对抗生素的吸附能力；此外，富锌生物炭上的锌离子易于与抗生素上氮杂环和羰基发生配位作用，为吸附提供了更多的活性位点。
17、(2)本专利技术500℃下制备的生物炭pbc500对环丙沙星的吸附容量达254.1mg/g，优于大多数常规锌盐改性生物炭。此外，在宽ph(4～11)范围下，pbc500吸附后溶液中zn、cd和pb的浸出浓度均满足饮用水安全标准，表明该生物炭具有优异的环境安全性，可作为一种高效、环保的吸附材料。
18、(3)本专利技术提供了一种制备富锌生物炭的简便方法。与传统生物炭制备方法相比，该方法无需复杂的共沉淀或浸渍烧结等步骤，仅通过一步热解即可实现，大大降低了生产成本。所制备的生物炭对氟喹诺酮类抗生素具有优异的吸附性能，且原料来源广泛，为植物修复残渣的处置提供了新的解决方案，兼具污染治理与资源化双重属性。
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1.一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)控制烘干后的伴矿景天含水率小于2wt％。
3.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)粉碎完后筛分得到均匀的伴矿景天粉末，粒径为0.15～0.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的伴矿景天中Zn的富集浓度为10～20mg/g。
5.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤2)热解气氛为氮气，氮气流速为150～450mL/min。
6.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤2)热解炉为固定床热解反应器，盛装伴矿景天粉末的容器为石英坩埚。
7.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤3)对生物炭进行研磨筛分，具体包括：将冷却后的固体残渣置于玛瑙
8.一种采用权利要求1～7任一方法制得的基于伴矿景天的富锌生物炭。
9.一种如权利要求8所述的基于伴矿景天的富锌生物炭的应用，其特征在于，将所述基于伴矿景天的富锌生物炭作为吸附剂用于处理污水中的氟喹诺酮类抗生素。
10.根据权利要求9所述的基于伴矿景天的富锌生物炭的应用，其特征在于，所述的富锌生物炭在污水中的加入量为0.1～0.6g/L。
...【技术特征摘要】
1.一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)控制烘干后的伴矿景天含水率小于2wt％。
3.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)粉碎完后筛分得到均匀的伴矿景天粉末，粒径为0.15～0.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的伴矿景天中zn的富集浓度为10～20mg/g。
5.根据权利要求1所述的一种基于伴矿景天的富锌生物炭的制备方法，其特征在于，步骤2)热解气氛为氮气，氮气流速为150～450ml/min。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚继，李增辉，李志远，周琪，田童，潘虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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