本發(fā)明屬于環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及去除水體、土壤環(huán)境中重金屬離子和有機污染物的修復(fù)材料的制備方法。

背景技術(shù)：

重金屬污染是指由重金屬及其化合物引起的環(huán)境污染，重金屬污染物難以降解，并且可以在動物和植物體內(nèi)積累，通過食物鏈逐步富集，濃度可以成千成萬甚至成百萬倍地增加，從而進入人體造成危害。重金屬污染對人群健康的危害是全面且多層次的，它的毒理作用表現(xiàn)為：生殖障礙、影響胎兒的正常發(fā)育、威脅兒童以及成人身體健康等，最終降低人口身體素質(zhì)、阻礙人口的可持續(xù)發(fā)展。

水體以及土壤等有機污染物中重金屬污染不但對耕地與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成嚴重威脅，而且直接對民眾身體健康造成威脅，影響社會穩(wěn)定。有機物對于環(huán)境的污染以及對人體危害是潛在而巨大的，特別是持久性有機污染物，由于它的污染源廣、難以降解、易于積蓄，要真正解決有機污染物帶來的問題，決不是容易的事。

多孔碳材料是一種以碳為骨架的多孔性材料，具有比較高的表面積，被廣泛認為是很有潛力的吸附劑。多孔碳材料包括活性碳、活性碳纖維、碳納米管、有序介孔碳以及新型聚合物基碳。摻雜型多孔碳材料能夠更加有效地去除污水以及土壤中的重金屬離子，如cu²⁺、hg²⁺、zn²⁺、cd²⁺和ni²⁺等。其中，活性碳因為具有高孔隙度、以及高比表面積和容易獲得等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。

然而可再生的商業(yè)活性炭仍然價格昂貴，研究更經(jīng)濟的替代技術(shù)或吸附劑來吸附降解水體、土壤環(huán)境中重金屬離子和有機污染物，已受到廣泛關(guān)注。多孔碳材料的吸附作用主要分為物理吸附以及化學吸附。物理吸附是指由于碳材料內(nèi)部分子在各個方向受力大小相同，從而導致表面的分子受到不平衡的力，所以使得物質(zhì)被吸附在多孔碳的表面。多孔碳材料因其具有均一的孔尺寸、高的表面積和大的孔體積而能夠進行物理吸附?；瘜W吸附是指多孔碳材料與被吸附物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生吸附，但是純的多孔碳吸附能力往往有限。

人們研究發(fā)現(xiàn)，在碳的表面修飾一些官能團，如羧基、氨基、羥基等。這些官能團與金屬離子間能夠形成共價鍵，從而增強多孔碳的化學吸附能力。多孔碳材料的吸附大多數(shù)是物理吸附以及化學吸附的綜合作用。

香蒲草為多年生宿根性沼澤草本植物，植株高1.4-2米，有的高達3米以上。根狀莖白色，長而橫生，節(jié)部處生許多須根，老根黃褐色。莖圓柱形，治理，質(zhì)硬而中立。葉呈扁平帶狀，長達1米多，寬2-3厘米，光滑無毛?；砍书L鞘抱莖?；▎涡校馑霠罨瘜W頂生圓柱狀似蠟燭。

香蒲草是水生作物，對氣溫反應(yīng)敏感，秋季蒲株地上部逐漸枯黃，但根狀的香蒲頂芽轉(zhuǎn)入休眠越冬。此時會有大量的香蒲草枯葉，資源十分豐富。但是目前為止這種量大、成本低廉的香蒲草作為生物廢棄物而未被人們充分利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種可充分利用香蒲草為原料，生產(chǎn)一種多孔碳環(huán)境復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將風干后的香蒲草枯葉，主要是采集香蒲草的枯葉置于耐高溫容器中放在管式爐中，在放置時將材料盡可能地壓實，這樣可以一次性更多地燒制材料，也可以將香蒲草中的空氣可以排空，最后在氨氣條件下進行高溫碳化處理，降溫后得到香蒲草碳；經(jīng)過以上碳化處理，取得蓮藕狀多孔碳材料。

2）將香蒲草碳、硫脲和硼酸銨混合研磨，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。硫脲在高溫下會變?yōu)間-c3n4，將香蒲草碳與硫脲以及硼酸銨混合球磨，球磨時候的高溫會使得硫脲變?yōu)間-c3n4，同時在球磨中硼酸銨中的硼元素會復(fù)合到多孔碳材料中。最終的得到結(jié)果中是香蒲草碳這種多孔碳上會長上g-c3n4，并且會有硼元素。本發(fā)明g-c3n4是通過硫脲球磨產(chǎn)生的高溫而得到的，相比較之前那些通過高溫燒制來說是一個創(chuàng)新。

進一步地，本發(fā)明在所述步驟2）后，以h2o和乙醇對多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品進行洗滌，只需要加適量的h2o和乙醇進行洗滌就行，可以先加水也可以先加乙醇，沒有固定的添加順序，也沒有固定的添加比例。添加h2o和乙醇是為了洗掉香蒲草碳中的無機鹽，選用這兩種洗滌材料也是因為這兩種材料能最大程度上不影響到材料的性能。最后取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

香蒲草容易獲取、且相比較于香蒲草根莖更加容易燒制，含碳率高、材料易得、原料充足且綠色無毒。本發(fā)明的方法生產(chǎn)工藝簡單、經(jīng)濟、環(huán)保，制得的活性炭性能穩(wěn)定、成本較低、吸附性能良好。

采用本發(fā)明方法制取得的修復(fù)材料外觀呈黑色、具有豐富的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大、吸附能力強、化學穩(wěn)定性好，具有耐酸、耐堿、耐高溫等特點，能夠吸附水中或土壤其他方法難以去除的有機污染物和重金屬。

本發(fā)明以香蒲草這種生物廢棄物為原料制備多孔碳，不僅解決了生物質(zhì)處置的難題，也使生物質(zhì)得到了重新利用。本發(fā)明采用簡單、快捷的制備方法，選用廉價的生物質(zhì)為原料，制備出功能較多的多孔碳，是一種較有前景的制備環(huán)境友好型材料的方法。

所述步驟1）中高溫碳化的溫度條件為600～900℃，處理時間為3～6h。香蒲草在該溫度范圍內(nèi)碳化會碳化的更加完全，保溫這么長的時間段對于香蒲草材料來說可以完全碳化。

所述步驟2）中香蒲草碳、硫脲和硼酸銨的混合質(zhì)量比為2∶4～10∶1。這個比列摻雜是能保證有g(shù)-c3n4可以張在香蒲草碳這種多孔碳材料上面。因為g-c3n4這個材料他的產(chǎn)率很低所以我們使用硫脲的比例比較高。

所述步驟2）中研磨時間為3～24h。該時間范圍比較大，是因為這樣我們就可以更好的探究出合成的最佳球磨時間是哪一個點附近，所以將球磨時間定為3～24h，這樣時間段探究也是保證材料可以在一個相對安全的時間段，時間過久會對損壞材料。

本發(fā)明的另一目的是提出以上方法制備取得的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的應(yīng)用。

應(yīng)用之一：將所述多孔碳環(huán)境修復(fù)材料與廢水以1∶60～99000的質(zhì)量比混合，經(jīng)0.05～36h后，即完成對廢水中重金屬和有機污染物的吸附。

應(yīng)用之二：將所述多孔碳環(huán)境修復(fù)材料與土壤以1∶1～3000的質(zhì)量比混合，再加水，形成混合泥漿，經(jīng)1～150h后，即完成對土壤中重金屬和有機污染物的吸附。

因為多孔碳材料有很強的吸附性能。利用多孔碳材料吸附性能從而可以起到吸附混合水體以及土壤中的污染物質(zhì)，g-c3n4有降解有機污染物以及降解六價鉻的效果。所以可以完成對廢水中重金屬和有機污染物的吸附。

由于水體及土壤中的重金屬污染物為as、hg、pb、cd、zn、cu、ni、co中的一種或多種以及它們的離子存在形式。所述的有機污染廢水及有機污染土壤中的有機污染物為苯酚、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、甲基橙、石油中的一種或多種。

該發(fā)明的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料是在多孔碳材料上長有g(shù)-c3n4的材料，在處理污染物時候可以既發(fā)揮多孔碳材料的吸附效果，也可以發(fā)揮g-c3n4吸附降級有機污染物以及六價鉻的功能，所以它相比那些單一的材料有更好的處理效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的xrd圖。

圖2為實施例1中所制備的修復(fù)材料的sem圖。

圖3為實施例1中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖4為實施例1中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖5為實施例1中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖6為實施例2中所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖。

圖7為實施例2中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖8為實施例2中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖9為實施例2中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖10為實施例3中所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖。

圖11為實施例3中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖12為實施例3中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖13為實施例3中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖14為實施例4中所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖。

圖15為實施例4中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖16為實施例4中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖17為實施例4中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖18為實施例5中所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖。

圖19為實施例5中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖20為實施例5中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖21為實施例5中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖22為實施例6中所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖。

圖23為實施例6中所制備的修復(fù)材料降解羅丹明b的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖24為實施例6中所制備的修復(fù)材料降解甲基橙的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

圖25為實施例6中所制備的修復(fù)材料降解六價鉻的時間與濃度/初始濃度的關(guān)系圖。

具體實施方式

一、實施例1：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在600℃的管式爐中加熱3h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲與硼酸銨以2∶5∶1的質(zhì)量比混合球磨，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

進一步地，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品的xrd圖，如圖1所示。

圖1中，在13°左右生成了g-c3n4(100)峰，在27°左右生成了g-c3n4(002)峰，由此可知將香蒲草碳與硫脲以及硼酸銨進行研磨會產(chǎn)生g-c3n4。說明本發(fā)明方法取得了多孔碳環(huán)境修復(fù)材料。

2、應(yīng)用1：將制備的修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，修復(fù)材料與廢水的質(zhì)量比為1∶4000，直接攪拌2h，即可吸附降解廢水中重金屬或者（和）有機污染物。

3、應(yīng)用2：將制備的環(huán)境修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，修復(fù)材料與污染土壤的質(zhì)量比為1∶400；加水混勻使之成泥漿狀，吸附72h后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖3可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖4可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖5可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

二、實施例2：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在700℃的管式爐中加熱3h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲、硼酸銨以2∶6∶1的質(zhì)量比混合球磨7h，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

2、應(yīng)用1：將制備的修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，材料與廢水的質(zhì)量比為1∶5000，直接攪拌2h，即可吸附降解水中重金屬或者（和）有機污染物

3、應(yīng)用2：將制備的修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，材料與污染土壤的質(zhì)量比為1∶500；加水混勻使之成泥漿狀，吸附86h后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖7可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖8可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖9可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

三、實施例3：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在800℃的管式爐中加熱3h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲、硼酸銨以2∶7∶1的質(zhì)量比混合球磨8h，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

2、應(yīng)用1：將制備的修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，材料與廢水的質(zhì)量比為1∶6000，直接攪拌2h，即可吸附降解水中重金屬或者（和）有機污染物。

3、應(yīng)用2：將制備的修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，材料與污染土壤的質(zhì)量比為1∶600；加水混勻使之成泥漿狀，經(jīng)一定時間吸附后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖11可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖12可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖13可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

四、實施例4：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在900℃的管式爐中加熱3h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲、硼酸銨以2∶8∶1的質(zhì)量比混合球磨9h，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

2、應(yīng)用1：將制備的修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，材料與廢水的質(zhì)量比為1∶10000，直接攪拌2h。

3、應(yīng)用2：將制備的修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，材料與污染土壤的質(zhì)量比為1:900；加水混勻使之成泥漿狀，經(jīng)過96h后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖15可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖16可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖17可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

五、實施例5：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在800℃的管式爐中加熱4h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲、硼酸銨以2∶9∶1的質(zhì)量比混合球磨6h，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

2、應(yīng)用1：將制備的環(huán)境修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，材料與廢水的質(zhì)量比為1∶15000，直接攪拌2h，即可吸附降解水中重金屬或者（和）有機污染物。

3、應(yīng)用2：將制備的環(huán)境修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，材料與污染土壤的質(zhì)量比為1∶1000；加水混勻使之成泥漿狀，吸附104h后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖19可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖20可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖21可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

六、實施例6：

1、環(huán)境修復(fù)材料的制備：將風干后香蒲草枯葉倒入瓷舟中壓實，在氨氣條件下在800℃的管式爐中加熱4h，降至室溫后取出，得到香蒲草碳。

然后再將香蒲草碳與硫脲、硼酸銨以2∶10∶1的質(zhì)量比混合球磨6h，取得多孔碳環(huán)境修復(fù)材料粗品。

在材料中加入與材料質(zhì)量相適當?shù)囊掖家约癶2o進行洗滌得到多孔碳環(huán)境修復(fù)材料精品。

實施例2-6產(chǎn)品的xrd圖類同與實施例1取得的產(chǎn)品的xrd圖。

2、應(yīng)用1：將制備的修復(fù)材料投加到裝有重金屬或者（和）有機污染廢水容器中，材料與廢水的質(zhì)量體積比為1:20000，直接攪拌2h，即可吸附降解水中重金屬或者（和）有機污染物。

3、應(yīng)用2：將制備的環(huán)境修復(fù)材料投加到含有重金屬或者（和）有機污染土壤中，材料與污染土壤的質(zhì)量比為1:1000；加水混勻使之成泥漿狀，吸附57h后，即可去除土壤中的重金屬或者（和）有機污染物。

由圖23可見：羅丹明b的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加降解速度快，到后面降解速度越來越慢。

由圖24可見：甲基橙的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加迅降解的十分迅速，到后面降解的速度變得很緩慢。

由圖25可見：六價鉻的濃度隨著時間增加而降低，并且一開始隨著時間增加還原六價鉻速度快，到后面還原的速度越來越慢。

另外，圖2、6、10、14、18和22分別為實施例1、2、3、4、5和6所制備的多孔碳環(huán)境修復(fù)材料的sem圖，可見：在多孔碳材料表面上長了g-c3n4。