CN106390940A - 改性生物质炭及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性生物质炭及其制备方法与应用，改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。制备方法包括：(1)制备生物质炭；(2)制备酸改性的生物质炭；(3)制备胶束改性的生物质炭。该改性生物质炭具有吸附容量大、吸附稳定性高、在水中分散性好等优点；该改性生物质炭与铁盐絮凝剂复合使用应用于工业废水中酚的去除，可实现吸附、絮凝的一体化，提高水处理剂的絮凝效果，缩短了处理工艺时间和减少废渣量。

Description

改性生物质炭及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种改性生物质炭及其制备方法与应用。
背景技术
生物质炭是生物质在缺氧高温条件下热解产生的富碳、小颗粒多孔材料，表面带有大量电荷，能够吸附水环境中的重金属和有机污染物，稻壳作为一种产量巨大的农业废弃物，利用其制备生物质炭在废水处理领域有很大的应用潜力。现有技术主要利用生物质炭比表面积大，孔隙结构丰富、以及表面官能团能与水中污染物进行离子交换的特点去除水中污染物。由于水中污染物种类多、水质标准要求高，一般的生物质炭表面基团调节范围窄，吸附选择性较差；生物质炭虽然比表面积大，但是孔隙结构微孔比例较大，中、大孔比例较少，不利于吸附结构复杂的大分子物质；生物质炭表面亲水基团比例少，表现为疏水性，在水中的分散性不好。
现有技术中对生物质炭改性的方法较多，比如：“用H3PO4表面改性处理生物质环境吸附材料的方法“(申请号为200910234388.0)公开了一种用H3PO4改性黄豆秸秆生物质炭的方法。“一种提高生物质炭吸附性能的改性方法”(申请号为201210463120.6)公开了一种通过紫外光源辐射改性松木、秸秆、果壳等生物质原料的方法。“一种改性活性炭的制备方法及改性活性炭的应用”(申请号为201510453112.7)公开了一种使用硝酸铜浸渍同时超声波处理、然后微波加热改性废弃活性炭的方法。“铝改性秸秆生物质炭及其制备方法和在去除水体中砷的应用”(申请号为201210400629.6)公开了一种采用0.6mol/L的铝溶液浸渍后碱化农作物秸秆生物质炭的方法。这类改性方法一定程度上增加了生物质炭的孔径和比表面积，改善了生物质炭的表面活性和吸附的选择性，但是仅限于在生物质炭本身结构基础上进行改善，不能有效增强生物质炭在水中的分散性和生物质炭的吸附官能团数量，进而影响了生物质炭对水中污染物的吸附去除。采用表面活性剂对活性炭进行改性主要是基于表面活性剂可以提高生物质炭的亲水性，改变生物质炭的表面电荷特性，如“一种阳离子表面活性剂改性活性炭的改性方法及应用”(申请号为201310713297.1)公开了一种将活性炭酸洗、15MHz辉光(射频)氮等离子体预处理后的活性炭与阳离子表面活性炭改性，并应用于流化床和固定床处理含溴酸根离子废水的方法。“一种添加表面活性剂进行改性的活性炭滤料及其制备方法”(申请号为201410639829.6)公开了一种添加十六烷基溴化吡啶、蒙脱土等对活性炭进行改性，并应用于空气中污染物质的方法。“一种掺杂表面活性炭制备活性炭的方法”(申请号为201410632737.5)公开了一种以浒苔为活性炭前驱体，经磷酸酸化后采用表面活性炭进行改性并应用于水中重金属离子吸附的方法。采用表面活性剂改性能够增加生物质炭在水中的分散性、增强对目标污染物的吸附选择性。但是现有的改性主要是选用分子结构较小的季铵盐类阳离子表面活性剂，引入的含氧官能团有限，对增加活性炭的吸附位点作用并不明显。为此探索能够有效增加生物质炭吸附位点的方法对生物质炭进行改性成为有待解决的问题。
腐殖酸是一种来源广泛的无定型有机高分子化合物，表现为“海绵状”结构、具有较高的膨润性。分子中含有的大量羧基、羟基、羰基、环氧基等活性官能团，使其具有较强的反应性，能够与金属离子络合反应，形成比较稳定的物质。《一种铜银改性活性炭吸附剂及其制备方法》(申请号为201310387478.X)公开了一种在改性活性炭的过程中添加腐殖酸来络合水中的重金属离子的方法；《一种壳聚糖/腐植酸修饰的磁性吸附剂去除废水中铅的方法》(申请号为201410239053.9)公开了一种腐植酸修饰的磁性吸附剂的制备方法，腐植酸能够增加吸附剂的吸附位点，增大了壳聚糖的吸附容量。
上文中提到，生物质炭虽然比表面积大，但是孔隙结构微孔比例较大，中、大孔比例较少，不利于吸附结构复杂的大分子物质，因此，如何将腐植酸应用于生物质炭的改性，并且实现大分子结构的腐植酸在小孔隙的生物质炭表面形成稳定的负载，利用腐植酸的引入增加生物质炭吸附位点，在是本申请面临的技术难题。
另外，在含酚工业废水处理过程中，通常采用絮凝和吸附的处理方法。但是絮凝剂处理废水过程中往往存在絮凝剂消耗量大、过滤困难、脱色效果差、新增大量废渣等问题。为此有必要探索一种降低絮凝剂消耗量、缩短处理时间并减少废渣的含酚工业废水处理工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量大、吸附稳定性高、在水中分散性好的改性生物质炭，还相应提供一种上述的改性生物质炭的制备方法及在处理含酚工业废水中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种改性生物质炭，所述改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
上述的改性生物质炭，优选的，所述阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；所述阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂。
上述的改性生物质炭，优选的，所述季铵盐类表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵。
上述的改性生物质炭，优选的，所述生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种改性生物质炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备生物质炭：将稻壳、椰壳和木屑混合后炭化，得生物质炭；
(2)制备酸改性的生物质炭：将步骤(1)所得的生物质炭置于盐酸溶液中浸泡，过滤，得酸改性的生物质炭；
(3)制备胶束改性的生物质炭：将阴离子生物表面活性剂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液混合，搅拌，得胶束体系；将步骤(2)所得的酸改性后的生物质炭置于所述胶束体系中浸渍，过滤，干燥，得改性生物质炭。
上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述稻壳、椰壳和木屑的质量比为100～110∶3～5∶8～15；所述炭化温度为400～600℃，炭化时间为4～6h，炭化环境为氮气保护气氛。
上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述阴离子生物表面活性剂溶液为鼠李糖脂溶液，所述阳离子化学表面活性剂溶液为十六烷基三甲基溴化铵溶液；所述鼠李糖脂溶液中鼠李糖脂的浓度为80～100mmol/L，所述十六烷基三甲基溴化铵溶液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为80～100mmol/L，所述腐殖酸溶液中腐殖酸的浓度为50～100mmol/L，所述鼠李糖脂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液的体积比为1∶5～7∶12～20。
上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述生物质炭与所述胶束体系的比例为0.06～0.1g∶1ml，浸渍时间为8～12h。
上述的改性生物质炭的制备方法，进一步地，所述步骤(2)中，所述盐酸溶液中盐酸浓度为1mol/L，浸泡时间为1h。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的改性生物质炭上述的改性生物质炭的制备方法所制备的改性生物质炭在处理工业废水中的应用。
上述的应用，优选的，所述应用为处理工业废水中的酚的应用，包括以下步骤：在酸性环境下，先后往工业废水中加入铁盐絮凝剂和生物质炭，搅拌后调节pH值至7～8，搅拌静置后过滤，分离出滤渣。
上述的应用，进一步地，所述的铁盐絮凝剂包括氯化铁、硫酸铁或硫酸亚铁中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的改性生物质炭，采用生物表面活性剂、化学表面活性剂、腐殖酸构建的胶束体系结构稳定，能够在生物质炭表面形成稳定负载，利用生物表面活性剂分子和腐植酸表面含氧官能团丰富，并且腐殖酸具有多孔结构的特点为有机物提供更多的吸附位点，改变了生物质炭的表面的疏水性和生物质炭在水中的分散性。制备改性生物质炭的原料均为农副产品的废弃物或工业常用品，通过本技术方案实现变废为宝；由于吸附性能优越、原材料成本便宜，因此可大幅降低工业废水的处理成本，实现节能降耗。
2、本发明的改性生物质炭，进一步地，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)属于季铵盐类表面活性剂，分子结构较小，能够在生物质炭与生物表面活性剂鼠李糖脂和腐植酸之间架桥，在生物质炭表面形成多分子层吸附，既引入了大量的吸附位点，增加了吸附容量和吸附稳定性，又增加生物质炭在水中的分散性。
3、本发明的改性生物质炭，进一步地，选用的生物质是以稻壳为基质，引入椰壳、木屑等具有特殊结构的生物质，利用椰壳和木屑炭化后孔径较大，并且表面酸性基团含量较高的特点增加了生物质炭中大中孔径和含氧官能团比例，为胶束提供更多的负载位点。
4、本发明的改性生物质炭的应用，将改性生物质炭与铁盐絮凝剂复合使用，实现了吸附、絮凝的一体化，通过改性生物质炭与絮凝剂离子发生络合作用，促进生物质炭与絮凝剂的架桥联结而形成更大的絮体，絮体通过卷扫去除更多的水中微小颗粒物，提高水处理剂的絮凝效果，加快了絮凝过程的沉降速度和絮凝后的过滤速度，缩短了处理工艺时间和减少了废渣量，并且废渣热值高，经焚烧后无毒无害，还可用于其他废水处理或填埋。
附图说明
图1为实施例1中各酸改性的生物质炭吸附能力对比图。
图2为实施例1编号(3)的酸改性后的生物质炭、实施例2～5的改性生物质炭对亚甲基蓝的吸附等温线对比图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
酸改性的生物质炭的吸附量测定
酸改性的生物质炭的制备方法包括以下步骤：
(1)制备生物质炭
将从农村收集到的稻壳、椰壳、木屑破碎，按照稻壳、椰壳和木屑的质量比为100～110∶3～5∶8～15混合，本实施例具体选定了六个质量比，分别为100∶3∶8、100∶5∶8、110∶3∶8、110∶5∶8、110∶3∶15和110∶5∶15，洗净、风干，在真空/气氛管式电炉中于400℃和氮气保护下炭化4h，冷却后得到6种生物质炭。
(2)制备酸改性的生物质炭
分别称取100g的上述6种生物质炭置于反应容器中，加入1L浓度为1mol/L的盐酸溶液，超声浸泡1h。过滤分离，收集酸液循环回用。用蒸馏水洗涤过滤物后再过滤分离，得到滤饼，回收酸废液。滤饼在80℃条件下干燥6h，研磨后过100目筛，得到6种酸改性的生物质炭，分别编号为(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)。
酸改性的生物质炭的吸附量测定
配制亚甲基蓝试剂标准溶液，在25℃、665nm波长测定吸光度值，绘制标准曲线。
在5组(组1、组2、组3、组4和组5，每组各含6个锥形瓶)中分别加入100mL的亚甲基蓝溶液，其中，组1中亚甲基蓝浓度为5mg/L，组2中亚甲基蓝浓度为10mg/L，组3中亚甲基蓝浓度为15mg/L，组4中亚甲基蓝浓度为20mg/L，组5中亚甲基蓝浓度为25mg/L。
分别称取5组(组A、组B、组C、组D和组E，每组各6个样品)共30个样品，每组的6个样品分别为上述6种酸改性的生物质炭，每个样品均称重3g，将组A的6个样品分别加入组1的6个亚甲基蓝溶液中，将组B的6个样品分别加入组2的6个亚甲基蓝溶液中，以此类推。在恒温(25℃)振荡器中连续振荡5h，使生物质炭对亚甲基蓝的吸附达到平衡。
离心分离生物质炭与溶液，在665nm波长下分光光度计上测定溶液吸光度，得到平衡浓度。如图1所示，为本实施例中各酸改性的生物质炭吸附能力对比关系曲线，由图可知，当稻壳、椰壳、木屑的质量比为110∶5∶8时也即编号(3)的酸改性的生物质炭的吸附能力最强。
实施例2：
一种本发明的改性生物质炭，由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
本实施例中，阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
本实施例中，生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
一种本实施例的改性生物质炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备生物质炭
将从农村收集到的稻壳、椰壳、木屑破碎，按照稻壳、椰壳和木屑的质量比为110∶5∶8混合，洗净、风干，在真空/气氛管式电炉中于400℃和氮气保护下炭化4h，冷却后得到生物质炭。
(2)制备酸改性的生物质炭
称取100g步骤(1)所得的生物质炭置于反应容器中，加入1L浓度为1mol/L的盐酸溶液，超声浸泡1h。过滤分离，收集酸液循环回用。用蒸馏水洗涤过滤物后再过滤分离，得到滤饼，回收酸废液。滤饼在80℃条件下干燥6h，研磨后过100目筛，得到酸改性的生物质炭。
(3)配制胶束体系
取55g鼠李糖脂于1L容量瓶定容，超声溶解至溶液澄清，得到鼠李糖脂浓度为100mmol/L的鼠李糖脂溶液；取36.4gCTAB于1L容量瓶定容，超声溶解至溶液澄清，得到CTAB浓度为100mmol/L的CTAB溶液；取300g的腐植酸于1L容量瓶定容，超声溶解，得到腐植酸浓度为100mmol/L的腐植酸溶液；将上述的鼠李糖脂溶液、CTAB溶液和腐植酸溶液按照体积比为1∶5∶20配制成混合液，震荡1h，使混合均匀，得到均匀的胶束体系。
(4)制备改性生物质炭
将步骤(2)所得的酸改性后的生物质炭置于反应容器中，按照酸改性后的生物质炭与胶束体系的比值为0.1g∶1mL加入步骤(3)所得的胶束体系，浸渍12h，然后过滤分离，改性胶束溶液循环回用。滤饼在80℃条件下干燥6h，研磨后过100目筛，制得干燥的改性生物质炭，编号为Ⅰ。
实施例3：
一种本发明的改性生物质炭，由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
本实施例中，阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
本实施例中，生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
一种本实施例的改性生物质炭的制备方法，与实施例2的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(3)中鼠李糖脂溶液、CTAB溶液和腐植酸溶液的体积比为1∶6∶20。制得的改性生物质炭编号为Ⅱ。
实施例4：
一种本发明的改性生物质炭，由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
本实施例中，阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
本实施例中，生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
一种本实施例的改性生物质炭的制备方法，与实施例2的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(3)中鼠李糖脂溶液、CTAB溶液和腐植酸溶液的体积比为1∶7∶20。制得的改性生物质炭编号为Ⅲ。
实施例5：
一种本发明的改性生物质炭，由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
本实施例中，阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
本实施例中，生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
一种本实施例的改性生物质炭的制备方法，与实施例2的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(3)中鼠李糖脂溶液、CTAB溶液和腐植酸溶液的体积比为1∶5∶12。制得的改性生物质炭编号为Ⅳ。
实施例6：
一种本发明的改性生物质炭，由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
本实施例中，阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
本实施例中，生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
一种本实施例的改性生物质炭的制备方法，与实施例2的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(3)中鼠李糖脂溶液、CTAB溶液和腐植酸溶液的体积比为1∶7∶12。制得的改性生物质炭编号为Ⅴ。
实施例7：
改性生物质炭的吸附量测定
配制亚甲基蓝试剂标准溶液，在25℃、665nm波长测定吸光度值，绘制标准曲线。
在5组(组1、组2、组3、组4和组5，每组各含6个锥形瓶)中分别加入100mL的亚甲基蓝溶液，其中，组1中亚甲基蓝浓度为5mg/L，组2中亚甲基蓝浓度为10mg/L，组3中亚甲基蓝浓度为15mg/L，组4中亚甲基蓝浓度为20mg/L，组5中亚甲基蓝浓度为25mg/L。
分别称取5组(组A、组B、组C、组D和组E，每组各6个样品)共30个样品，每组的6个样品分别为实施例1编号(3)的酸改性的生物质炭、实施例2～5的改性生物质炭，每个样品均称重3g。将组A的6个样品分别加入组1的6个亚甲基蓝溶液中，将组B的6个样品分别加入组2的6个亚甲基蓝溶液中，依此类推。在恒温(25℃)振荡器中连续振荡5h，使酸改性的生物质炭、改性生物质炭对亚甲基蓝的吸附达到平衡。
离心分离改性生物质炭与溶液，在665nm波长下分光光度计上测定溶液吸光度，得到平衡浓度。如图2所示，可以看出实施例4(鼠李糖脂溶液、CTAB溶液、腐植酸的体积比为1∶7∶20)的改性生物质炭的吸附能力最强(编号Ⅲ)。
实施例8：
改性生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂FeCl3溶液(FeCl3质量浓度为40％)，实施例4的改性生物质炭，其中，FeCl3溶液与工业废水的质量比为0.8％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离，废水经处理后无色、透明。过滤后滤渣风干、焚烧，焚烧后得到少量的固体可用于其他废水的处理。
对比例1：
酸改性的生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂FeCl3溶液(FeCl3质量浓度为40％)，实施例1编号(3)的酸改性的生物质炭，其中，FeCl3溶液与工业废水的质量比为2％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
对比例2：
FeCl3单独处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，加入絮凝剂FeCl3溶液(FeCl3质量浓度为40％)，FeCl3溶液与工业废水的质量比为4％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
表1改性前后生物质炭对含酚工业废水处理效果
采用改性生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂对工业含酚废水进行吸附絮凝处理后，COD去除率达到70％，挥发酚的去除率达到87.7％，脱色效果明显，絮凝剂的使用量较酸改性的生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂使用时降低了60％，较单独使用FeCl3可减少80％的絮凝剂使用量。
实施例9：
改性生物质炭与FeSO4絮凝剂复合处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂FeSO4溶液(FeSO4质量浓度为40％)，实施例4的改性生物质炭，其中，FeSO4溶液与工业废水的质量比为1.2％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离，废水经处理后无色、透明。过滤后滤渣风干、焚烧，焚烧后得到少量的固体可用于其他废水的处理。
对比例3：
未改性生物质炭与FeSO4絮凝剂复合处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂FeSO4溶液(FeSO4质量浓度为40％)，实施例1编号(3)的酸改性的生物质炭，其中，FeSO4溶液与工业废水的质量比为3.5％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
对比例4：
FeSO4单独处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节废水pH至4，加入絮凝剂FeSO4溶液(FeSO4质量浓度为40％)，FeSO4溶液与工业废水的质量比为4％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
表2改性前后生物质炭对含酚工业废水处理效果
采用改性生物质炭与FeSO4絮凝剂复合对工业含酚废水进行吸附絮凝处理后，对含酚废水COD去除率达到65％，挥发酚的去除率达到85.6％，脱色效果明显，絮凝剂的使用量较酸改性的生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂使用时降低了66％，较单独使用FeSO4可减少70％的絮凝剂使用量。
实施例10：
改性生物质炭与Fe2(SO4)3絮凝剂复合处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂Fe2(SO4)3溶液(Fe2(SO4)3质量浓度为40％)，实施例4的改性生物质炭，其中，Fe2(SO4)3溶液与工业废水的质量比为1％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离，废水经处理后无色、透明。过滤后滤渣风干、焚烧，焚烧后得到少量的固体可用于其他废水的处理。
对比例5：
未改性生物质炭与Fe2(SO4)3絮凝剂复合处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节pH至4，依次加入絮凝剂Fe2(SO4)3溶液(Fe2(SO4)3质量浓度为40％)，实施例1编号(3)的酸改性的生物质炭，其中，Fe2(SO4)3溶液与工业废水的质量比为3％，改性生物质炭与工业废水的质量比为3％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
对比例6：
Fe2(SO4)3单独处理含酚工业废水：
取含酚工业废水100mL加入浓度为1mol/L的盐酸调节废水pH至4，加入絮凝剂Fe2(SO4)3溶液(Fe2(SO4)3质量浓度为40％)，Fe2(SO4)3溶液与工业废水的质量比为4％。常温持续搅拌30min，加入质量浓度为30％的NaOH水溶液调节pH至7～8，搅拌10min，静置30min，将混合液过滤分离。
表3改性前后生物质炭对含酚工业废水处理效果
采用改性的生物质炭与Fe2(SO4)3絮凝剂复合对工业含酚废水进行吸附絮凝处理后，对含酚废水COD去除率达到67％，挥发酚的去除率达到86％，脱色效果明显，絮凝剂的使用量较酸改性的生物质炭与FeCl3絮凝剂复合处理剂使用时降低了66％，较单独使用Fe2(SO4)3可减少75％的絮凝剂使用量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性生物质炭，其特征在于，所述改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。
2.根据权利要求1所述的改性生物质炭，其特征在于，所述阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；所述阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的改性生物质炭，其特征在于，所述季铵盐类表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵或十二烷基三甲基溴化铵。
4.根据权利要求1～3任一项所述的改性生物质炭，其特征在于，所述生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。
5.一种改性生物质炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备生物质炭：将稻壳、椰壳和木屑混合后炭化，得生物质炭；
(2)制备酸改性的生物质炭：将步骤(1)所得的生物质炭置于盐酸溶液中浸泡，过滤，得酸改性的生物质炭；
(3)制备胶束改性的生物质炭：将阴离子生物表面活性剂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液混合，搅拌，得胶束体系；将步骤(2)所得的酸改性后的生物质炭置于所述胶束体系中浸渍，过滤，干燥，得改性生物质炭。
6.根据权利要求5所述的改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述稻壳、椰壳和木屑的质量比为100～110∶3～5∶8～15；所述炭化温度为400～600℃，炭化时间为4～6h，炭化环境为氮气保护气氛。
7.根据权利要求6所述的改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述阴离子生物表面活性剂溶液为鼠李糖脂溶液，所述阳离子化学表面活性剂溶液为十六烷基三甲基溴化铵溶液；所述鼠李糖脂溶液中鼠李糖脂的浓度为80～100mmol/L，所述十六烷基三甲基溴化铵溶液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为80～100mmol/L，所述腐殖酸溶液中腐殖酸的浓度为50～100mmol/L，所述鼠李糖脂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液的体积比为1∶5～7∶12～20。
8.根据权利要求7所述的改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述生物质炭与所述胶束体系的比例为0.06～0.1g∶1ml，浸渍时间为8～12h。
9.一种如权利要求1～4任一项所述的改性生物质炭或权利要求5～8任一项所述的改性生物质炭的制备方法所制备的改性生物质炭在处理工业废水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用为处理工业废水中的酚的应用，包括以下步骤：在酸性环境下，先后往工业废水中加入铁盐絮凝剂和生物质炭，搅拌后调节pH值至7～8，搅拌静置后过滤，分离出滤渣。
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