CN107827193A - 一种浒苔生物炭包及其再生工艺、制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种浒苔生物炭包处理含重金属废水的工艺。步骤包括：向含重金属废水中加入所述包裹浒苔生物炭研磨物的高强度PP无纺布袋，浒苔生物炭研磨物的投加浓度为1～10g/L。本发明还涉及一种浒苔生物炭包的再生工艺。步骤包括：将已用于废水处理的浒苔生物炭包从废水中取出，在重力作用下脱水后，加入到再生液中，并于25～35℃下以200rpm的转速振荡反应6～24h；将所述浒苔生物炭包取出，干燥后在微波或超声波处理下进行再生反应，得到再生的浒苔生物炭包。有益效果：将浒苔生物炭研磨分离为不同的粒径，以包裹于高强度PP无纺布中，将浒苔生物炭实现最大程度的回收；将再生后的浒苔生物炭重新用于含重金属废水的处理，实现生物炭循环再利用，提高生物炭的经济价值。

Description

一种浒苔生物炭包及其再生工艺、制备工艺和应用
技术领域
本发明涉及一种浒苔生物炭包，还涉及一种浒苔生物炭包的制备工艺，还涉及一种浒苔生物炭包的再生工艺，还涉及一种浒苔生物炭包的的应用。
背景技术
随着工业活动的快速发展，大量含重金属的工业废水进入地表水和地下水中，引发了一系列的环境问题。重金属的毒性和非生物降解性使其能够在自然环境中长期存在，且重金属能够在生物体中富集，进而威胁人类健康。因此，在含重金属废水排放至自然环境前，采取有效措施对其进行处理是非常必要的。
含重金属废水常见的处理方法有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换和吸附法等。吸附法具有选择性高、经济有效、操作简单等优点，吸附技术的关键是寻找合适的高效低成本吸附剂。目前常用的吸附剂主要为活性炭，但活性炭制作成本相对较高，且吸附重金属后的活性炭难以再利用，一定程度上提高了活性炭的使用成本，限制活性炭的推广应用。生物炭作为一种新型的绿色吸附材料引起了广泛关注，高效环保的特点使其具有广阔的应用前景。
常用的生物炭多为粉末状，由于难以回收利用会造成二次污染，且生物炭的高温热解制备过程会消耗大量能量。因此，实现生物炭与污水的分离以及生物炭的再生循环利用是十分必要的。因此，有必要提出有效的技术方案，解决上述问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种浒苔生物炭包的制备工艺。该工艺可有效实现生物炭与污水的分离。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种浒苔生物炭包的制备工艺，步骤包括：
1)将浒苔烘干粉碎后，在限氧条件下采用慢速热解工艺制备浒苔生物炭初产物；
2)将所述浒苔生物炭初产物研磨、过筛，得到浒苔生物炭研磨物；
3)将所述浒苔生物炭研磨物包裹于高强度PP无纺布中并用超声波压边机压边密封，得到包裹浒苔生物炭研磨物的浒苔生物炭包。
优选的，所述浒苔生物炭初产物研磨的粒径与所述高强度PP无纺布袋的孔径相适配。
优选的，所述慢速热解法工艺条件为：采用真空气氛炉，将气氛炉以20℃/min的升温速率加热至300～800℃，热解2h。
本发明还涉及一种浒苔生物炭包，采用上述浒苔生物炭包的制备工艺制备得到。
本发明还涉及一种浒苔生物炭包用于处理含重金属废水的应用。
优选的，处理步骤包括：向含重金属废水中加入所述包裹浒苔生物炭研磨物的高强度PP无纺布袋，其中，所述浒苔生物炭研磨物的投加浓度为1～10g/L。
本发明还涉及一种浒苔生物炭包的再生工艺，步骤包括：
1)将所述浒苔生物炭包的制备工艺制备的已用于废水处理的浒苔生物炭包从废水中取出，在重力作用下脱水后，加入到再生液中，并于25～35℃下以200rpm的转速振荡反应6～24h；
2)将所述浒苔生物炭包取出，75℃下干燥后，在微波或超声波处理下进行再生反应，得到再生的浒苔生物炭包。
优选地，所述再生液是硝酸、盐酸、硫酸、草酸中的一种。
优选地，所述再生液的浓度为0.1-6mol/L。
优选地，所述微波功率为400-800w，辐照时间为5-15min。
优选地，所述超声波功率为200w，超声时间为50-100min。
有益效果：
本发明将废弃海洋资源浒苔制备成生物炭，用于含重金属废水的处理，可以变废为宝，因地制宜的实现浒苔的资源化利用，根据所用高强度PP无纺布的孔径，可将浒苔生物炭研磨分离为不同的粒径，以保证浒苔生物炭被完全包裹于高强度PP无纺布中，以将浒苔生物炭实现最大程度的回收；
浒苔生物炭的再生采用“解吸-微波/超声”联合法进行，将再生后的浒苔生物炭重新用于含重金属废水的处理，实现生物炭的循环再利用，提高生物炭的经济价值。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本发明浒苔生物炭在不同放大倍数下的扫描电镜图；
图2为本发明浒苔生物炭对废水中铅的去除率。
具体实施方式
浒苔是山东沿海地区一种常见的海洋藻类，夏季浒苔的大量爆发会破坏海洋生态系统，严重威胁沿海地区经济发展。将浒苔作为原材料制备生物炭用于含重金属废水的处理，是浒苔资源化利用的有效方法，可实现经济效益和环境效益的双赢。本发明利用浒苔生物炭处理含重金属的工业废水，并将使用后的浒苔生物炭进行再生循环利用。以含铅工业废水的处理为例，进一步说明该发明：
实施例1浒苔生物炭包的制备和应用
(1)所用浒苔取自某海水浴场，浒苔取回后用自来水清洗去除其表面海水及悬浮物，于75℃下烘干24h后置于粉碎机中粉碎。
(2)称取200g洗净烘干后的浒苔粉置于气氛炉石英热解管的中间部分，用不锈钢封闭法兰密封两端，以流速500mL/min通入氮气30min，在石英热解管中形成良好的限氧环境，然后以20℃/min的加热速率将石英热解管的温度升高至400℃，并于400℃下热解2h。热解结束后，继续通入氮气使制备的浒苔生物炭自然冷却至室温，得到浒苔生物炭初产物。
本实施例1中的浒苔生物炭初产物的产率为50.6％，比表面积为162.68m2/g，C、H、O、N四种元素的含量分别为55.73％、3.70％、38.09％、2.11％。
(3)将制备的浒苔生物炭初产物研磨过筛至粒径为1～2mm，称取3g生物炭包裹于尺寸为10cm×5cm的高强度PP无纺布中并压边制成宽度为5cm的浒苔生物炭包。
(4)向含铅废水槽中加入包裹浒苔生物炭初产物的浒苔生物炭包，使浒苔生物炭研磨物的质量浓度为6g/L，将反应槽置于振荡器上，保持160rpm振荡反应2～60h，保证浒苔生物炭研磨物与废水充分反应。
分别在反应2h、4h、6h、8h、12h、16h、20h、24h、32h、40h、48h、60h后，通过原子吸收法测定水中铅的含量，计算出铅的去除率，得到结果如图2所示。
由图2可以看出，随着反应时间的延长，废水中铅的去除率逐渐增加并趋于稳定，去除率最高可达85％。
(5)浒苔生物炭的再生
使用浓度为0.5mol/L的硝酸溶液作为再生剂，将已用于含铅废水处理的浒苔生物炭包在重力作用下脱水后，加入浓度为0.5mol/L的硝酸溶液中，于30℃恒温条件下以200rpm的转速振荡反应24h；然后通过去离子水将生物炭包中的浒苔生物炭研磨物洗涤至中性，75℃下烘干24h后重复使用。
结果表明，随着循环次数的增加，浒苔生物炭研磨物对铅的吸附能力逐渐降低，在第十次的循环中，浒苔生物炭研磨物对铅的去除率为64％。
实施例2浒苔生物炭包的再生
将实施例1中经0.5mol/L硝酸溶液解吸过的生物炭于75℃下烘干后，在400w、600w和800w微波辐照下分别再生5min、10min和15min，将再生后的浒苔生物炭用于重新用于废水中铅的去除。
结果表明，解吸烘干后的浒苔生物炭经600w微波辐照10min后，再生生物炭对铅的去除率最大。
经十次“吸附-再生”循环后，浒苔生物炭对重金属污染废水中铅的去除率仍高于75％。
实施例3浒苔生物炭包的再生
将实施例2中经解吸干燥和600w微波辐照10min的浒苔生物炭分别用超声波再生50min、75min和100min，超声波功率为200w，将再生后的浒苔生物炭用于重新用于废水中铅的去除。
结果表明，超声波处理75min后的浒苔生物炭对铅的去除率最大。
经十次“吸附-再生”循环后，浒苔生物炭对重金属污染废水中铅的去除率仍高于80％。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种浒苔生物炭包的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
1)将浒苔烘干粉碎后，在限氧条件下采用慢速热解工艺制备浒苔生物炭初产物；
2)将所述浒苔生物炭初产物研磨、过筛，得到浒苔生物炭研磨物；
3)将所述浒苔生物炭研磨物包裹于高强度PP无纺布中并用超声波压边机压边密封，得到包裹浒苔生物炭研磨物的浒苔生物炭包。
2.如权利要求1所述的浒苔生物炭包的制备工艺，其特征在于，所述浒苔生物炭初产物研磨的粒径与所述高强度PP无纺布袋的孔径相适配。
3.一种浒苔生物炭包，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述权利要求的浒苔生物炭包的制备工艺制备得到。
4.一种如权利要求3所述的浒苔生物炭包用于处理含重金属废水的应用。
5.如权利要求4所述的浒苔生物炭包用于处理含重金属废水的应用，其特征在于，处理步骤包括：向含重金属废水中加入所述包裹浒苔生物炭研磨物的高强度PP无纺布袋，其中，所述浒苔生物炭研磨物的投加浓度为1～10g/L。
6.一种如权利要求3所述浒苔生物炭包的再生工艺，其特征在于，步骤包括：
1)将所述浒苔生物炭包的制备工艺制备的已用于废水处理的浒苔生物炭包从废水中取出，在重力作用下脱水后，加入到再生液中，并于25～35℃下以200rpm的转速振荡反应6～24h；
2)将所述浒苔生物炭包取出，75℃下干燥后，在微波或超声波处理下进行再生反应，得到再生的浒苔生物炭包。
7.如权利要求6所述的浒苔生物炭包的再生工艺，其特征在于，所述再生液是硝酸、盐酸、硫酸、草酸中的一种。
8.如权利要求7所述的浒苔生物炭包的再生工艺，其特征在于，所述再生液的浓度为0.1-6mol/L。
9.如权利要求8所述的浒苔生物炭包的再生工艺，其特征在于，所述微波功率为400-800w，辐照时间为5-15min。
10.如权利要求8所述的浒苔生物炭包的再生工艺，其特征在于，所述超声波功率为200w，超声时间为50-100min。
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