專利名稱：一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)與應(yīng)用，尤其涉及一種處理難降解有機(jī)廢水的生物 碳質(zhì)吸附劑的制備和使用方法。
技術(shù)背景我國(guó)水體有機(jī)微污染，如多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、芳香硝基 化合物、二噁英類化合物(PCDDs)等日趨嚴(yán)重，其中痕量的有機(jī)污染物常具高 生物積累性、"三致"(致癌、致畸、致突變)效應(yīng)；而且當(dāng)前的水處理技術(shù)難以 有效去除此類有機(jī)污染物，對(duì)飲用水安全和人群健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。尋找經(jīng)濟(jì) 高效、適合于飲用水處理的新型吸附己成為了環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn) 之一，其中涉及活性炭、有機(jī)黏土、三油酸甘油酯-活性炭復(fù)合吸附劑等。目前 國(guó)內(nèi)外主要采用活性炭吸附，活性碳對(duì)溶解性有機(jī)污染物具有很好的處理效果， 但其吸附機(jī)理是表面吸附，吸附容量小，容易飽和，導(dǎo)致使用成本高；另外， 活性炭的制備溫度通?！?00(TC，同時(shí)回收再生利用難、成本高；活性炭用于在 有機(jī)廢水吸附處理中受水質(zhì)影響大，如溶解性有機(jī)質(zhì)堵塞活性炭表面后將大大 降低其吸附容量和能力。有機(jī)膨潤(rùn)土吸附性能好、吸附容量大，在難降解有機(jī) 廢水處理中的應(yīng)用引起了極大關(guān)注，已有相關(guān)的發(fā)明專利(發(fā)明專利號(hào) ZL03116256.8);但有機(jī)膨潤(rùn)土上的表面活性劑容易脫附，造成廢水處理中COD 難以達(dá)標(biāo)排放。因此，開(kāi)發(fā)新型高效、廉價(jià)、穩(wěn)定、安全的有機(jī)廢水處理劑具 有重要意義。最近研究表明，環(huán)境中普遍存在生物碳質(zhì)如木炭、焦碳、煙炱等，且具有 超強(qiáng)的吸附性能。生物碳質(zhì)是由生物質(zhì)或化石燃料不完全燃燒產(chǎn)生的。其中生 物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)生物質(zhì)，如稻草、小麥秸、玉米秸、豆秸、油菜秸、棉花秸類植 物秸稈。目前，我國(guó)每年產(chǎn)生6億多噸農(nóng)業(yè)秸稈，其中80%左右被廢棄或燃燒， 不僅浪費(fèi)了大量能源，嚴(yán)重污染大氣，危害人民群眾健康，還會(huì)影響到航空和公 路交通、通訊等公共安全，并由此引發(fā)火災(zāi)和其他事故，造成嚴(yán)重?fù)p失，許多地 區(qū)廢棄的秸稈已成為一種公害，亟待解決。利用廢棄生物質(zhì)制成的吸附劑來(lái)處理有機(jī)廢水，既解決了廢棄生物質(zhì)所造 成環(huán)境生態(tài)問(wèn)題，又變廢為寶，用于處理難降解有機(jī)廢水。該生物碳質(zhì)吸附劑 同時(shí)具有大容量的分配作用和強(qiáng)的表面吸附作用，其結(jié)構(gòu)-吸附性能可調(diào)；在吸 附處理難降解有機(jī)廢水過(guò)程中不受水質(zhì)影響；吸附劑回收再生利用工藝簡(jiǎn)單、成本低，回收得到的吸附劑的吸附性能不降低；適用于各種有機(jī)廢水的處理，尤其適合于飲用水中微量持久性有機(jī)污染物的吸附處理。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備和使用方法。 生物碳質(zhì)吸附劑的制備方法包括如下步驟1) 將廢棄的生物質(zhì)，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩，得到40-200目粉末生物質(zhì)；2) 將粉末生物質(zhì)置于反應(yīng)器，于300-40(TC溫度和限制氧氣條件下，炭化 0.5-8小時(shí)，制得生物碳質(zhì)吸附劑。所述的廢棄的生物質(zhì)為水稻、小麥、玉米、油菜、棉花生物秸桿以及城鎮(zhèn) 生活垃圾中的廢棄生物質(zhì)。廢棄生物質(zhì)的粒度為50-150目。炭化溫度為 330-380°C。生物碳質(zhì)吸附劑的使用方法包括如下步驟1) 生物碳質(zhì)吸附劑投加到有機(jī)廢水中，吸附劑與有機(jī)廢水的質(zhì)量體積比為 1:1000 1:10000，經(jīng)攪拌、沉淀，去除廢水中難降解有機(jī)污染物，廢水達(dá)標(biāo)排放；2) 濾干的沉淀物，于300-40(TC和限制氧氣條件下活化處理l-6小時(shí)，得到活化的生物碳質(zhì)吸附劑，同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；3) 活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重復(fù)用于有機(jī)廢水處理。所述的有機(jī)廢水中的難降解有機(jī)污染物為多環(huán)芳烴、芳香硝基類化合物、 多氯聯(lián)苯、多氯代二苯并二噁英/呋喃。生物碳質(zhì)吸附劑的回收活化-重復(fù)使用的 次數(shù)為5-10次。本發(fā)明既解決了廢棄生物質(zhì)所造成環(huán)境生態(tài)問(wèn)題，又變廢為寶，用于處理 難降解有機(jī)廢水。與已有的技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于吸附劑原材料來(lái)源豐富，方 便易得，成本低廉，吸附劑制備流程簡(jiǎn)單，處理廢水中微量難降解有機(jī)污染物 的效果優(yōu)于常規(guī)活性炭，同時(shí)吸附劑容易再生利用。該生物碳質(zhì)吸附劑使用農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)在一定溫度下限氧炭化制成，其表 面含有豐富的極性和非極性官能團(tuán)，具有很多微孔結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)炭化溫 度來(lái)控制表面性能，使適合極性或非極性以及高濃度或低濃度有機(jī)廢水的吸附 處理，該吸附劑特別適合于飲用水中微量有機(jī)污染物的吸附處理。生物碳質(zhì)吸 附劑可以重復(fù)利用或者再生利用。
具體實(shí)施方式
根據(jù)部分炭化生物質(zhì)同時(shí)具有大容量的分配作用和超強(qiáng)的表面吸附作用，對(duì) 持久性有機(jī)污染物具有很強(qiáng)的吸附能力的原理，因此，將廢棄的生物質(zhì)在一定溫度下炭化制得生物碳質(zhì)吸附劑，用于水中難降解有機(jī)廢水的吸附處理；有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物為PAHs、芳香硝基類化合物、PCBs、 PCDDs。實(shí)施例1將廢棄的水稻秸桿，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩40目，得到40目水稻秸桿粉末。將 水稻秸桿粉末置于反應(yīng)器中，于30(TC和限氧條件，炭化0.5小時(shí)，制得生物碳 質(zhì)吸附劑BCS-1。實(shí)施例2將廢棄的油菜秸桿，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩100目，得到100目油菜秸桿粉末。 油菜秸桿粉末置于反應(yīng)器中，于30(TC和限氧條件下，炭化3小時(shí)，制得生物碳 質(zhì)吸附劑BCS-2。 實(shí)施例3將廢棄的凋零的松針，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩200目，得到200目松針?lè)勰?松針?lè)勰┲糜诜磻?yīng)器中，于30(TC和限氧條件下，炭化6小時(shí)，制得生物碳質(zhì)吸 附劑BCS-3。 實(shí)施例4將廢棄的水稻秸桿，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩100目，得到100目水稻秸桿粉末。 將水稻秸桿粉末置于反應(yīng)器中，于40(TC和限氧條件，炭化6小時(shí)，制得生物碳 質(zhì)吸附劑BCS-4。 實(shí)施例5將廢棄的油菜秸桿，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩150目，得到150目油菜秸桿粉末。 將油菜秸桿粉末置于反應(yīng)器中，于40(TC和限氧條件下，炭化6小時(shí)，制得生物 碳質(zhì)吸附劑BCS-5。 實(shí)施例6將凋落松針，風(fēng)干后經(jīng)粉碎，過(guò)100目篩子，得到100目松針?lè)勰瑢⑺舍樂(lè)?末置于反應(yīng)器中，于40(TC溫度和限氧條件下，炭化1.0小時(shí)；經(jīng)冷卻至室溫后， 取出，制得的生物碳質(zhì)吸附劑BCS-6。 實(shí)施例7取2.5mg生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-1、 BCS-2、 BCS-3)與10mL的萘溶液 (土水比約為l: 4000)加入10mL的樣品瓶中，25。C下振蕩24小時(shí)(吸附達(dá) 到平衡)。萘的濃度范圍0.02-28 )ig/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得萘的去除率95%。其中萘的 最高吸附量可達(dá)37mg/g。當(dāng)土水比為l: 1000時(shí)，去除率大于99%。實(shí)施例8取10mg生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-4、 BCS-5、 BCS-6)與10mL的萘溶液(土水比約為l: 1000)加入10mL的樣品瓶中，25。C下振蕩24小時(shí)(吸附達(dá) 到平衡)。萘的濃度范圍0.02-28 pg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得萘的去除率大于95%。其中 萘的最高吸附量可達(dá)15mg/g。 實(shí)施例9取10mg生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-4、 BCS-5、 BCS-6)與10mL的硝基苯 溶液(土水比為l: 1000)加入10mL的樣品瓶中，25"下振蕩24小時(shí)(吸附 達(dá)到平衡)。硝基苯的濃度范圍0-1600 pg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得硝基苯的去除率大于 95%。其中硝基苯的最高吸附量可達(dá)180mg/g。 實(shí)施例10取20mg生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-1、 BCS-2、 BCS-3)與10mL的硝基苯 溶液(土水比為l: 1000)加入10mL的樣品瓶中，25。C下振蕩24小時(shí)(吸附 達(dá)到平衡)。硝基苯的濃度范圍0-1600 pg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得硝基苯的去除率大于 95%。其中硝基苯的最高吸附量可達(dá)200mg/g。 實(shí)施例11取廢水處理后的吸附有PAHs的生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-l BCS-6)，經(jīng)濾 干后,于30(TC和限制氧氣條件下處理6小時(shí)，得到活化的生物碳質(zhì)吸附劑，同 時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重新用于有機(jī)廢水處 理，效果不降低。 實(shí)施例12取廢水處理后的吸附有PAHs的生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-l BCS-6),經(jīng)濾 干后，于40(TC和限制氧氣條件下活化處理3小時(shí)，得到活化的生物碳質(zhì)吸附劑， 同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重新用于有機(jī)廢水 處理，效果不降低。 實(shí)施例13取廢水處理后的吸附有PCBs的生物碳質(zhì)吸附劑(如BCS-l BCS-6),經(jīng)濾 干后,于40(TC和限制氧氣條件下活化處理3小時(shí)，得到活化的生物碳質(zhì)吸附劑， 同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重新用于有機(jī)廢水 處理，效果不降低。 實(shí)施例14取廢水處理后的吸附有硝基類芳香化合物的生物碳質(zhì)吸附劑(如 BCS-l BCS-6)，經(jīng)濾干后，于40(TC和限制氧氣條件下活化處理3小時(shí)，得到活 化的生物碳質(zhì)吸附劑，同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；活化后的生物碳質(zhì)吸 附劑重新用于有機(jī)廢水處理，效果不降低。
權(quán)利要求
1.一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將廢棄的生物質(zhì)，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩，得到40-200目粉末生物質(zhì)；2)各粉末生物質(zhì)置于反應(yīng)器，于300-400℃溫度和限制氧氣條件下，炭化0.5-8小時(shí)，制得生物碳質(zhì)吸附劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于所 述的廢棄的生物質(zhì)為水稻、小麥、玉米、油菜、棉花生物秸桿以及城鎮(zhèn)生活垃 圾中的廢棄生物質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于所 述的廢棄生物質(zhì)的粒度為50-150目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備方法，其特征在于所 述的炭化溫度為330-380°C。
5. —種如權(quán)利要求1所述方法制備的生物碳質(zhì)吸附劑的使用方法，其特征在于1) 生物碳質(zhì)吸附劑投加到有機(jī)廢水中，吸附劑與有機(jī)廢水的質(zhì)量體積比為 1:1000 1:10000，經(jīng)攪拌、沉淀，去除廢水中難降解有機(jī)污染物，廢水達(dá)標(biāo)排放；2) 濾干的沉淀物，于300-400。C和限制氧氣條件下活化處理l-6小時(shí)，得到 活化的生物碳質(zhì)吸附劑，同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；3) 活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重復(fù)用于有機(jī)廢水處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種生物碳質(zhì)吸附劑的使用方法，其特征在于所 述的有機(jī)廢水中的難降解有機(jī)污染物為多環(huán)芳烴、芳香硝基類化合物、多氯聯(lián) 苯、多氯代二苯并二噁英/呋喃。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種生物碳質(zhì)吸附劑的使用方法，其特征在于所 述的生物碳質(zhì)吸附劑的回收活化-重復(fù)使用的次數(shù)為5-10次。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物碳質(zhì)吸附劑的制備和使用方法。制備方法1)將廢棄的生物質(zhì)，風(fēng)干后粉碎過(guò)篩，得到40-200目粉末生物質(zhì)；2)將粉末生物質(zhì)置于反應(yīng)器，于300-400℃溫度和限制氧氣條件下，炭化0.5-8小時(shí)，制得生物碳質(zhì)吸附劑。使用方法1)生物碳質(zhì)吸附劑投加到有機(jī)廢水中，吸附劑與有機(jī)廢水的質(zhì)量體積比為1∶1000～1∶10000，經(jīng)攪拌、沉淀，去除廢水中難降解有機(jī)污染物，廢水達(dá)標(biāo)排放；2)濾干的沉淀物，于300-400℃和限制氧氣條件下活化處理1-6小時(shí)，得到活化的生物碳質(zhì)吸附劑，同時(shí)熱分解被吸附的有機(jī)污染物；3)活化后的生物碳質(zhì)吸附劑重復(fù)用于有機(jī)廢水處理。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、綠色、低成本，對(duì)極性和非極性有機(jī)廢水都有很好的處理效果。
文檔編號(hào)B01J20/20GK101234331SQ20071015643
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者周丹丹, 朱利中, 陳寶梁 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)