本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理領(lǐng)域，具體涉及一種提高生物炭吸附重金屬性能的方法。

背景技術(shù)：

由于生物炭具有吸附能力強(qiáng)、化學(xué)性能穩(wěn)定、比表面積大以及耐熱、酸、堿等特點(diǎn)，使其早在百年之前就已經(jīng)得到了應(yīng)用。1785年，洛維茨就證實(shí)木炭能使某些液體脫色；十年之后，在英國(guó)精制糖廠中木炭首次獲得工業(yè)應(yīng)用。伴隨著后期“工業(yè)革命”的興起，生物炭的運(yùn)用范圍也越來(lái)越廣，從最初簡(jiǎn)單的應(yīng)用于脫色和吸附，發(fā)展到了食品加工、化工、軍事化學(xué)防護(hù)等方面。早期使用的大多是粉末生物炭，在進(jìn)行水凈化和空氣凈化時(shí)，由于存在難分離，易流失，再生困難、回收成本高，且廢棄后容易滋生細(xì)菌產(chǎn)生二次污染等缺陷，因此，其運(yùn)用的范圍也受到了限制。隨后生物炭發(fā)展為顆粒狀，近年來(lái)，生物炭廣泛應(yīng)用于各類凈化器商品上。將生物炭制成一定的形狀如：蜂窩狀、塊狀、板狀、球狀、柱狀等，已經(jīng)成為了如今研究的熱點(diǎn)，即成型生物炭。因?yàn)檫@不僅能消除粉末生物炭帶來(lái)的粉塵污染問(wèn)題，還能在一定程度上增大單位體積比表面積，從而進(jìn)一步地提高生物炭的性能。

重金屬主要是指比重大于65的元素，如Pb(II)、Cd(II)等生物毒性較大的元素。隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，有越來(lái)越多含重金屬離子的工業(yè)廢水不達(dá)標(biāo)排放，對(duì)土壤和水體造成了嚴(yán)重污染。重金屬有不可降解的性質(zhì)，對(duì)重金屬污染的處理只能是改變其存在價(jià)態(tài)或者是化合物的種類。重金屬離子會(huì)通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集，并且毒性長(zhǎng)期存在，極有可能對(duì)人身體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單高效、成本低廉、并對(duì)粉末生物炭吸附重金屬鉛的性能有顯著提高的生產(chǎn)工藝。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高生物炭吸附重金屬性能的方法，具體步驟如下：

1）制備粉末生物炭，備用；

2）將粉末生物炭、造孔劑和粘結(jié)劑混合均勻后，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加成型壓力進(jìn)行成型；

3）從成型模具中取出成型活性炭，并通過(guò)微波裂解爐進(jìn)行活化處理。

步驟1）中生物炭是由微波裂解水葫蘆的莖葉制備。

步驟2）中所述粘結(jié)劑為酚醛樹脂；所述造孔劑為碳酸氫銨。

步驟2）中生物炭、粘結(jié)劑和造孔劑的質(zhì)量比為1:0.5~1.5:0.25~0.75。

步驟2）中成型壓力為0.05-0.2MPa。

步驟3）中微波活化功率為350-1000w，活化時(shí)間為30-300s。

本發(fā)明所制備的成型生物炭相對(duì)于粉末生物炭有著一定形狀且具有一定機(jī)械強(qiáng)度，消除粉末生物炭帶來(lái)的粉塵污染問(wèn)題，還能在一定程度上增大單位體積比表面積，從而進(jìn)一步地提高生物炭的性能。對(duì)重金屬污染水體的修復(fù)有著特別優(yōu)異的效果，以重金屬鉛（Pb）為例，將由本發(fā)明制備的成型生物炭放入含鉛溶液中，吸附很快達(dá)到平衡，且對(duì)Pb的去除率和去除量遠(yuǎn)高于未成型粉末生物炭，在鉛溶液初始濃度較低的時(shí)候，去除率接近100%。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）相對(duì)于粉末生物炭，本發(fā)明所制備的成型生物炭具有一定形狀和機(jī)械強(qiáng)度，在實(shí)際運(yùn)用中，便于運(yùn)輸，不會(huì)造成粉塵污染；

（2）相對(duì)于粉末生物炭，本發(fā)明所制備的成型生物炭對(duì)重金屬吸附效果有顯著的提高；

（3）本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)，本發(fā)明所制備的成型生物炭可運(yùn)用于處理環(huán)境重金屬污染且不會(huì)造成附加的環(huán)境污染，提高了生物質(zhì)資源利用效率，變廢為寶解決水葫蘆泛濫問(wèn)題，具有極其深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所制備的成型生物炭吸附重金屬前后的照片；

圖2為本發(fā)明所制備的成型生物炭在不同濃度的鉛溶液吸附數(shù)據(jù)分析圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不僅僅限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa的成型壓力加以成型，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為100mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試 ，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度0.02mg/l，去除量49.99mg/g，去除率99.98%。

實(shí)施例2：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa的成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度0.13mg/l，去除量99.935mg/g，去除率99.44%。

實(shí)施例3：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為500mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試 ，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度30.5mg/l，去除量234.75mg/g，去除率93.9%。

實(shí)施例4：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度179.6mg/l，去除量510.2mg/g，去除率85.03%。

實(shí)施例5

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.1g酚醛樹脂和0.05g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3.2，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度272.4mg/l，去除量463.8mg/g，去除率77.30%。

實(shí)施例6

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.2g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3.2，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度203.4mg/l，去除量498.3mg/g，去除率73.05%。

實(shí)施例7：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.1MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度474.1mg/l，去除量362.95mg/g，去除率60.49%。

實(shí)施例8：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.2MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率700w進(jìn)行活化處理150s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度692mg/l，去除量254mg/g，去除率42.33%。

實(shí)施例9：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率350w進(jìn)行活化處理300s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度397.2mg/l，去除量401.4mg/g，去除率66.90%。

實(shí)施例10：

取曬干水葫蘆的莖葉在微波裂解爐功率為1100w工況下裂解210s制得所需粉末生物炭，將0.2g粉末生物炭、0.15g酚醛樹脂和0.1g碳酸氫銨均勻混合，再加入20滴75wt%的酒精后進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后將混合物放入成型模具中施加0.05MPa成型壓力，接著從模具中取出成型生物炭，并將其放置到微波裂解爐中以功率1000w進(jìn)行活化處理30s。

將制備的成型活性炭（如圖1）用于吸附初始濃度為1200mg/l的鉛離子溶液，pH=3，放置在轉(zhuǎn)速為120r/min的搖床吸附24h，取吸附后鉛溶液進(jìn)行鉛離子濃度測(cè)試，結(jié)果鉛離子溶液平衡濃度207.8mg/l，去除量496.1mg/g，去除率82.68%。

如圖2所示，在鉛溶液初始濃度較低的時(shí)候，通過(guò)本發(fā)明專利制備的生物炭產(chǎn)品對(duì)鉛溶液中的鉛去除率幾乎接近100%（如圖2(a)所示），但隨著鉛濃度的升高雖然去除率有所下降，但質(zhì)量單位內(nèi)的生物炭對(duì)鉛的吸附值卻是增大（如圖2(b)所示）。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。