申请日2016.01.21
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/22
摘要
本发明涉及一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法，所述制备方法对农田内苎麻废弃物进行资源化利用，用来制备六价铬废水吸附剂。制备的具体步骤为：以去除麻壳、麻叶后的苎麻茎为原料，将其去除泥沙等非生物质后自然风干并粉碎过筛;过筛后的苎麻颗粒放置于管式炉内，在无氧条件下(预通氮气)，匀速升温，到达设定温度后，在高温、无氧条件下恒温一定时间，得到苎麻生物碳。本发明制得的苎麻生物碳对六价铬离子有良好的吸附效果，且具有成本低廉、产量大、制取简单且吸附容量大等特点，是一种环境友好型的吸附材料。本发明可用于冶炼厂、化工厂、电镀厂等六价铬废水的处理，达到六价铬去除及废物资源化利用的双重效果。
权利要求书
1.一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃的苎麻杆洗净，去除泥沙等非生物质后自然风干并粉碎过筛;
(2)将苎麻颗粒置于预通氮气的管式炉内，匀速升温，到达设定温度后，在高温、无氧条件下恒温一定时间，得到苎麻生物碳。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，废弃的苎麻杆为去除麻壳、麻叶后的地上茎部分。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，苎麻的粉碎粒径小于0.147mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，氮气速率为50ml/min，加热前，预通氮气15分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，升温速率为5-10℃/min,设定温度为300-600℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，保持恒温时间120分钟，热解完成后，隔绝空气，自然降温。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，苎麻生物碳在使用前用去离子水洗涤2-4次，置于60℃下烘干24h待用。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，苎麻生物碳适用于受六价铬污染的地表水体或工矿企业所排放的污水，六价铬的最大吸附量可达84.74mg/g。
说明书
一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法
技术领域
本发明属于废水污染控制技术领域，具体涉及一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法。
背景技术
随着矿山开采，金属冶炼，金属加工以及化工生产等工业的迅速发展，大量重金属污染物排放到水体中，这些污染物通过食物链直接或间接进入人体，在体内积蓄、浓缩从而引起致畸、致癌、致突变等危害。因此，重金属污染成为危害较大的水污染问题。铬(Cr)是水体中常见的重金属污染物之一，大多来自于制革、电镀、金属加工、采矿、纺织业所排放的废水。通常在水环境中，铬存在两种价态，分别是Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)。Cr(Ⅲ)在环境中较为稳定，毒性低;而Cr(Ⅵ)具有高毒性，是强氧化剂及潜在的致癌物质。Cr(Ⅵ)溶解性强，主要以CrO42-，HCrO4-和Cr2O72-等阴离子存在。因此急需寻找一种高效且经济的技术对企业排放的六价铬废水进行处理。目前，含铬废水的处理方法有离子交换、化学沉淀、电沉积、过滤、吸附、渗透、氧化还原等。其中，吸附法具有操作方便，设备简单，成本低且去除效率高等优点，在实际的污水治理工程中已有应用。但目前使用的吸附剂的种类及吸附效率都很有限。因此，研究开发新型的具有高吸附容量、高效率和廉价实用的吸附剂，就成为进一步发展和应用吸附法的一个关键性科学技术问题。
生物碳是指生物质在低温(小于700℃)及缺氧环境中，经不完全热裂解后生成的富碳固态产物。已有多项研究表明，生物质碳化对于地球环境有诸多好处。其一，生物质碳化能有效实现碳固定，从而减少了二氧化碳排放量，缓解全球气候变暖;其二，生物碳可用作土壤改良剂，提高土壤肥力，促进植物生长。另外，与活性炭相比，生物碳具有致密的微孔结构及丰富的含氧官能团，对于重金属及离子型有机污染物具有较强的吸附能力。近年来，国内外研究者致力于将各类农林副产品或农业废弃物碳化，制成不同特性、不同功能的吸附剂，比如稻草、甘蔗渣、城市污泥、花生壳等。然而，上述生物碳对Cr(Ⅵ)的吸附能力往往有限，无法实现大规模实际应用。研究者们通常借助化学改性方法对生物碳表面的官能团进行修饰，增强其对重金属离子的吸附能力，然而却大大增加了生物碳的制作成本及环保成本。因此，选择高效经济的生物质原材料，制备具有特征官能团、适用于六价铬废水处理的生物碳吸附剂显得尤为重要。
苎麻，荨麻科苎麻属亚灌木植物，是重要的纤维作物之一。苎麻原产于中国西南地区，栽培历史距今已有4700年以上。苎麻壳可脱胶提取纤维，供纺织及造纸用。然而，去壳后的苎麻杆通常被视为农业废弃物随意丢置。据统计，我国苎麻废弃物年产量约为450，000吨。 一般采用就地焚烧或直接填埋苎麻废弃物，不仅耗费大量的人力物力，而且带来严重的生态环境问题。因此，将废弃的苎麻杆资源化利用，变废为宝，具有重要的实用性意义。苎麻杆中含有大量的优质多孔纤维，可以制成性能优良的生物碳，为大规模实现苎麻废弃物资源化提供新的途径。目前，采用苎麻为原料制作高品质生物碳的文献还未见报道。本发明提供一种用于处理六价铬废水的生物碳吸附剂制备方法，以提高生物碳修复铬污染水体的效率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种用于六价铬废水处理的生物碳制备方法。所述制备方法对农田苎麻废弃物进行资源化利用，所制得的生物碳吸附剂对六价铬废水有良好的处理效果，且具备成本低、制备简单及产量大等优点。本发明达到了六价铬去除和废物利用的双重效果。
本发明提出的一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法，包括以下步骤：
(1)收集农田内废弃的苎麻杆，即去除麻壳、麻叶后的地上茎部分。将废弃的苎麻杆反复用清水洗净，去除泥沙等非生物质后自然风干6-8天;
(2)将风干后的苎麻杆切碎置于粉碎机内，粉碎至粒径小于0.147mm并过100目筛;
(3)将管式炉打开，预通氮气15分钟，保持氮气速率为50ml/min，以排出炉内空气;
(4)将苎麻颗粒置于预通氮气的管式炉内，设定碳化温度300-600℃，设定升温时间，使升温速率保持在5-10℃/min，设定恒温时间120分钟;
(5)热解完成后，隔绝空气，自然降温，得到苎麻生物碳。将苎麻生物碳取出，用去离子水洗涤2-4次，置于60℃烘箱内烘干24h待用。
所述的制备方法，在最大程度上满足节能并降低了制备过程中温室气体排放，有效提高了生物碳产率。
利用本发明方法制备得到的苎麻生物碳富含含氧官能团和致密微孔结构，对于六价铬离子具有较强的吸附、还原能力。因此，通过该方法利用农田废弃的苎麻杆制备成的生物碳，可用于水体中六价铬污染物的吸附处理。
上述应用中，所述吸附剂在废水中用量优选2g/L。
上述应用中，所述吸附反应的条件优选为：pH值为2～4，反应时间为12～24小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.使用原料来源广泛，且特点在于充分利用废弃苎麻杆的良好纤维结构，使其变废为宝。
2.本发明的苎麻生物碳制备工艺及操作简单，制备快速，生产周期短，不需要特殊的化工设备，易于实现工业化生产。
3.本发明的苎麻生物碳吸附剂含氧官能团丰富、吸附位点多，对六价铬离子的去除效率 高。
4.产品无毒，对环境友好，也可用作复合肥添加剂及土壤改良剂。