CN108160057A - 一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用 - Google Patents

一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用，属于污水处理技术领域。所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭，组分包括氧化石墨烯、猪粪生物炭和聚丙烯酸钠，所述氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠负载在猪粪生物炭上。通过观察氧化石墨烯改性猪粪生物炭颗粒的外观形貌发现，氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠附着在生物炭的表面，形成高低不平的突起，增加了吸附活性位点，提高了吸附效率。因此，本发明还提供了氧化石墨烯改性猪粪生物炭在去除污水中镉中的应用。

Description

一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水 中镉的应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用。
背景技术
镉是生物体的非必须元素，在自然界中的含量很低。但近半个世纪以来，随着镉在工业上的应用日益增加，以及对镉伴生矿的大量开采利用，含镉污染物在环境中的排放量不断增大，镉污染问题也越来越严重。国际卫生组织发表的公报将镉列为1A级的环境危险物质。镉具有致癌、致畸、致突变的作用，被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性的积蓄于肝、肾之中，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能，使骨骼的生长代谢受阻碍，进而造成骨骼疏松、萎缩、变形等，高浓度时甚至会导致死亡。大量研究表明，镉对人体造成危害最主要是通过作物吸收和食物链的传播途径，20世纪50年代在日本神通川流域发生的“痛痛病”即是由于稻米镉污染引起的环境公害病。国际卫生组织确定的国际引用水标准中镉浓度不得超过0.01mg/L。
近年来，随着科技的不断进步，各种各样的重金属废水处理方法层出不穷，主要有沉淀、离子交换、吸附、电化学处理、光合细菌处理、活性污泥处理等等，但是其中大部分方法由于成本较高而在实际应用中受到限制。
生物吸附法将是废水深度处理常用的方法。使用生物材料处理和回收镉废水的技术是既经济又简单的治理方法，已经受到大家的广泛关注。以废弃生物质制备吸附剂具有以下优点：(1)生产成本低、生物质来源广泛；(2)在处理低浓度的含重金属离子的废水时效果更好；(3)吸附剂在水中不溶，便于分离；(4)可再生，且再生周期短，可生物降解，环境友好等。但是生物质材料普遍存在的缺点是金属吸附性，对高浓度的污水处理效果差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用，所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭吸附活性高，具有吸附高浓度污水中镉的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯悬液调整pH值至5～8，将调整pH值后的氧化石墨烯悬液进行超声处理，得到分散的单层氧化石墨烯悬液；
2)将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入单层氧化石墨烯悬液中，得氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液；
3)将猪粪粉末与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液混合，搅拌1～3h，静置3～4h，过滤，收集沉淀，得到氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为18～22g：1～1.12L；
4)将所述步骤3)中得到的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品进行水洗，再冷冻干燥，得到去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；
5)氮气氛围中，将所述步骤4)中得到的去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品置于热解环境中，向所述热解环境中通入氮气，以8～15℃/min的升温速率升温至100～400℃热解1～4h，冷却，粉碎、过筛，得到氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
优选的，所述步骤3)中猪粪粉末是由新鲜猪粪在25～40℃下晾晒7～14d，收集晾晒后的猪粪粉碎、过筛制备得到。
优选的，猪粪粉末的粒径为18～25目。
优选的，所述步骤2)中聚丙烯酸钠溶液与单层氧化石墨烯悬液的体积比为0.08～0.12：1；氧化石墨烯悬液的质量浓度为0.1～1mg/mL；聚丙烯酸钠溶液的质量浓度为1.0～4.0mg/mL。
优选的，所述步骤1)中超声处理的条件：超声时间30～60min，超声频率为35～45kHz，超声功率为45～55W。
优选的，所述步骤3)中猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为20g：1.1L。
优选的，所述步骤5)中氮气的通入速度为0.1～0.8L/min；热解的温度为200～300℃；热解的时间为2～3h；过筛的孔径为18～25目。
本发明还提供了所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭，组分包括氧化石墨烯、猪粪生物炭和聚丙烯酸钠，所述氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠负载在猪粪生物炭上；所制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭的产率为53.79％；氧化石墨烯的改性率为35％～40％。
本发明还提供了所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭或所述的氧化石墨烯改性猪粪生物炭在去除污水中镉中的应用。
优选的，所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭的投加质量为每升废水中添加0.4～6g。
本发明提供了一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭，氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠负载在猪粪生物炭上，增加了猪粪生物炭上的活性位点，加上聚丙烯酸钠的胶黏作用，使氧化石墨烯焊接固定在猪粪生物炭的表面上，增大了单一生物炭对镉离子的去除效率和吸附容量，同时聚丙烯酸钠的存在，也增加了复合材料的官能团类型，在波长2960～2850cm-1处，脂肪族CH2吸收峰显著增强，并且在波长1600～1620cm-1处产生新的吸收峰，表明氧化石墨烯改性的猪粪生物炭含有羧基和酮类中的C＝O官能团，增大了复合材料的活性位点，具有吸附容量大，吸附效率高等优势。当氧化石墨烯改性的猪粪生物炭的投加量为3g/L时，其对镉去除率达到了90.3％以上；当投加量为6g/L时，对镉的去除率达到97.3％。
本发明提供的氧化石墨烯改性猪粪生物炭复合材料的制备方法，合成方法简单，材料易得，能够大规模生产和应用。同时，我国养猪产业十分发达，猪粪产量大且廉价，但是猪粪的利用率低，且利用方式简单不合理。若用作为生物炭的原料不仅能减少传统猪粪废弃对大气、土壤、水体造成的污染，而且利用氧化石墨烯改姓猪粪生物炭克服了传统意义上生物炭吸附量低以及单纯石墨烯材料在水中絮凝不易分散的缺点，大大拓展了猪粪无害化和资源利用化渠道。
本发明提供的所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭复合材料在处理污水中镉的应用，对环境生物的毒性低，可作为工程复合炭材料来处理污染水体。
附图说明
图1为本发明中低真空扫描电子显微镜观察氧化石墨烯改性猪粪生物炭颗粒的外观形貌。
具体实施方式
本发明提供了一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯悬液调整pH值至5～8，将调整pH值后的氧化石墨烯悬液进行超声处理，得到分散的单层氧化石墨烯悬液；
2)将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入步骤1)中得到的单层氧化石墨烯悬液中，得氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液；
3)将猪粪粉末与步骤2)中得到的氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液混合，搅拌1～3h，静置3～4h，过滤，收集沉淀，得到氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为18～22g：1～1.12L；
4)将所述步骤3)中得到的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品进行水洗，再冷冻干燥，得到去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；
5)将所述步骤4)中得到的去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品置于热解环境中，向所述热解环境中通入氮气，以8～15℃/min的升温速率升温至100～400℃热解1～4h，冷却，粉碎、过筛，得到氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
本发明将氧化石墨烯悬液调整pH值至5～8，将调整pH值后的氧化石墨烯悬液进行超声处理，得到分散的单层氧化石墨烯悬液。
本发明中，所述氧化石墨烯悬液的配制方法没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的配制方法即可。氧化石墨烯悬液的溶剂为水。所述氧化石墨烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知氧化石墨烯即可。本发明实施例中，所述氧化石墨烯购自青岛岩海碳材料有限公司。
本发明中，所述调整pH值用溶液优选为0.1mol/L的NaOH溶液或0.1mol/L的H2SO4溶液。所述调整pH值的方法也没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的调整方法即可。所述调整pH值优选为6～7。调整pH值到5～8的范围内，利于降低聚丙烯酸钠的粘性，利于与氧化石墨烯均匀混合。
本发明中，超声处理的条件：超声时间优选为30～60min，更优选为40～50min；超声频率优选为35～45kHz，更优选为40kHz；超声功率优选为45～55W，更优选为50W。所述超声处理用仪器没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的超声仪即可。本发明实施例中，所述超声处理用仪器为FDL25-12DTD型号，由南京凡帝朗信息科技有限公司生产。超声处理有利于氧化石墨烯悬液中的氧化石墨烯均匀分散成单层氧化石墨烯，便于后续改性。
得到的单层氧化石墨烯悬液后，本发明将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入所述单层氧化石墨烯悬液中，得氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液。
本发明中，所述聚丙烯酸钠溶液的配制方法没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的溶液配制方法即可。本发明中，所述聚丙烯酸钠优选为固体分析纯。本发明实施例中，所述聚丙烯酸钠购自国药集团化学试剂公司。-
本发明中，滴加的速度优选为12～30滴/min，更优选为20滴/min。每滴的溶液的体积为0.2～1mL，更优选为0.3mL。所述滴加过程优选伴随搅拌。所述搅拌的速度优选为400-600rpm，更优选为500rpm。本发明对所述搅拌的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的搅拌方案即可。
本发明中，所述所述聚丙烯酸钠溶液与单层氧化石墨烯悬液的体积比为0.08～0.12：1，更优选为0.1：1。氧化石墨烯悬液的质量浓度优选为0.1～1mg/mL，更优选为0.3～0.8mg/mL，最优选为0.5mg/mL。聚丙烯酸钠溶液的质量浓度优选为1.0～4.0mg/mL，更优选为1.5～3.5mg/mL，更优选为2.5mg/mL。聚丙烯酸钠溶液有一定的粘性，与单层氧化石墨烯混合均匀，使氧化石墨烯均匀的附着在聚丙烯酸钠分子上，溶液呈悬浮状，静置30min。
得到的氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液后，本发明将猪粪粉末与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液混合，搅拌1～3h，静置3～4h，过滤，收集沉淀，得到氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为18～22g：1～1.12L。
本发明中，猪粪粉末是优选由新鲜猪粪在25～40℃下晾晒7～14d，收集晾晒后的猪粪粉碎、过筛制备得到。所述晾晒的温度优选为30～35℃。所述晾晒的时间优选为9～12d。所述猪粪粉末的粒径优选为18～25目，更优选为20目。所述猪粪粉末的含水量优选为10wt％～20wt％，更优选为15wt％。
本发明中，所述猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比优选为20g：1.1L。本发明对所述混合的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。
本发明中，搅拌的速度优选为200～400rpm，更优选为300rpm。本发明对所述搅拌的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的搅拌方案即可。本发明对所述过滤的方式也没有任何限制，采用本领域技术人员所熟知的过滤方案即可。本发明中，静置的时间优选为3.5h。所述静置有利于形成的复合物陈化。
得到的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品后，本发明将所述氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品进行水洗，再冷冻干燥，得到去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品。初品中的杂质一般有未负载有氧化石墨烯-聚丙烯酸钠的猪粪生物炭和未负载在猪粪生物炭上的氧化石墨烯-聚丙烯酸钠复合物。
本发明中，所述水洗用溶液优选为去离子水。本发明对所述去离子水的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的去离子水即可。
本发明中，水洗至洗出液的pH优选为6.5～7.5，更优选为7。水洗有利于以去除其粘结过程中形成的杂质。
本发明中，所述冷冻干燥的温度优选为-70～-55℃，更优选为-65～-60℃。所述冷冻干燥的时间优选为24～48h，更优选为28～42h，最优选为36h。
得到的去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品后，本发明将所述去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品置于热解环境中，向所述热解环境中通入氮气，以8～15℃/min的升温速率升温至100～400℃热解1～4h，冷却，粉碎、过筛，得到氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
本发明中，所述氮气的通入速度优选为0.1～0.8L/min，更优选为0.3～0.6L/min，最优选为0.5L/min。通入氮气的目的是提供厌氧环境。热解的温度优选为200～300℃，更优选为250℃。热解的时间优选为为2～3h，更优选为2.5h。本发明热解环境优选为管式炉。本发明对所述管式炉的种类没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的管式炉即可。粉碎和过筛的孔径优选为90～120目，更优选为100目。升温速率优选为10～13℃/min，更优选为12℃/min。
本发明还提供了所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭，原料包括氧化石墨烯、猪粪生物炭和聚丙烯酸钠，所述氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠连接在猪粪生物炭上；本发明中氧化石墨烯的改性率为35％～40％，猪粪粉末，氧化石墨烯和聚丙烯酸钠三种材料质量比为100:1:5；本发明中的环境温度为室温。所制得的氧化石墨烯改性猪粪生物炭的BET比表面积是25.4m2/g，总孔容为0.026cm3/g，平均孔径为8.73nm，生物炭的颗粒大小均匀，粒径范围是90～150μm。
本发明中，所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭如图1所示。通过利用低真空扫描电子显微镜观察氧化石墨烯改性猪粪生物炭颗粒的外观形貌可以发现，氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠附着在生物炭的表面，形成高低不平的突起，增加了吸附活性位点，提高了吸附效率。图1中，黑色圈表示负载在猪粪生物炭上的氧化石墨烯。
本发明中，所述氧化石墨烯与聚丙烯酸钠之间通过范德华作用力连接，聚丙烯酸钠与猪粪生物炭之间通过离子键作用力连接，在高温的作用下，使氧化石墨烯通过π-π键结合在生物炭表面，石墨烯外层赋予氧化石墨/猪粪生物炭复合材料更大的比表面积，更多的含氧不饱和官能团，如-COOH，-OH，-C＝OH，可与Cd2+发生络合作用。此外，这些含氧官能团增强了生物炭表面的非极性，使表面零电势点pHpzc升高，从而增强对Cd2+的吸附性能。
本发明还提供了所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭或所述的氧化石墨烯改性猪粪生物炭在去除污水中镉中的应用。本发明中，A污水为实验室废水，B污水为某电镀厂废水，C污水为生活污水，A、B和C污水中外源添加一定量的Cd2+配制成一定浓度的Cd2+污染溶液；D组为对照组，采用分析纯氯化镉(国药集团化学试剂公司)常规方法配制成相应的Cd2+溶液。
本发明中，所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭的投加质量优选为每升废水中添加0.4～6g，更优选为3～5g。
本发明中，所述污水的pH值为3～9，更优选为5～8.5，最优选为8。所述调节pH用溶液优选离子的浓度优选为1～30mg/L。投入氧化石墨烯改性猪粪生物炭前，优选将镉离子溶液的pH调节为0.1mol/L的H2SO4溶液或0.1mol/L的NaOH溶液。去除污水中镉的温度优选为15～45℃，更优选为20～40℃，最优选为30℃。去除污水中镉的反应时间优选为5～200min，更优选为50～160min。
下面结合实施例对本发明提供的一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭及其制备方法和在去除污水中镉的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)猪粪的采集：采集新鲜猪粪，在阳光下晾晒14天，环境温度为25℃，当检测猪粪含水率为12％时，收集猪粪进行粉碎、过18目筛，将得到的猪粪粉末贮存备用；
(2)配制氧化石墨烯悬液：将氧化石墨烯配制成浓度为0.1mg/mL的水溶液1L，并用0.1mol/L的NaOH或H2SO4水溶液调节溶液的pH到5，并在超声清洗器中进行超声处理30min(频率为40k Hz，功率为50W)，得到均一分散的单层氧化石墨烯悬液。
(3)配制氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液：将聚丙烯酸钠溶于水中，配制成4.0mg/mL的聚丙烯酸钠溶液100mL，在不断搅拌下，将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入氧化石墨烯分散液中，得氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液。
(4)猪粪/氧化石墨烯复合材料的制备：取上述步骤备用的猪粪粉末20g加入到氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液，并搅拌1h，得到使得复合物充分形成，随后静置4h，使复合物陈化，过滤溶液，得氧化石墨烯改性生物炭复合固体材料，将氧化石墨烯改性生物炭固体材料用去离子水清洗，以去除其粘结过程中形成的杂质，然后以-70℃冷冻干燥24h，得生物炭/氧化石墨烯复合材料，储存于容器中保存。
(5)氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备：将猪粪/氧化石墨烯复合材料放入管式炉中，以0.2L/min的速率通入氮气，以8℃/min的升温速率先升温至100℃并保持1h，然后再以10℃/min的升温速率升温至300℃并继续热解3h，然后冷却至室温，热解产物经碾碎、过100目筛制得氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
实施例2
(1)猪粪的采集：采集新鲜猪粪，在阳光下晾晒7天，环境温度为30℃，当检测猪粪含水率为10％时，收集猪粪进行粉碎、过25目筛，得到的猪粪粉末贮存备用，
(2)配制氧化石墨烯悬液：将氧化石墨烯配制成浓度为1mg/mL的水溶液1L，并用0.1mol/L的NaOH或H2SO4水溶液调节溶液的pH到7，并在超声清洗器中进行超声处理60min(频率为35k Hz，功率为55W)，得到均一分散的单层氧化石墨烯悬液。
(3)配制氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液：将聚丙烯酸钠溶于水中，配制成1.0mg/mL的聚丙烯酸钠溶液100mL，在不断搅拌下，将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入氧化石墨烯分散液中，得氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液。
(4)猪粪/氧化石墨烯复合材料的制备：取上述步骤备用的猪粪粉末18g加入到氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液，并搅拌3h，得到使得复合物充分形成，随后静置2h，使复合物陈化，过滤溶液，得氧化石墨烯改性生物炭复合固体材料，将氧化石墨烯改性生物炭固体材料用去离子水清洗，以去除其粘结过程中形成的杂质，然后以-60℃冷冻干燥36h，得生物炭/氧化石墨烯复合材料，储存于容器中保存。
(5)氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备：将猪粪/氧化石墨烯复合材料放入管式炉中，以0.2L/min的速率通入氮气，以15℃/min的升温速率先升温至100℃并保持1h，然后再以10℃/min的升温速率升温至300℃并继续热解4h，然后冷却至室温，热解产物经碾碎、过90目筛制得氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
实施例3
(1)猪粪的采集：采集新鲜猪粪，在阳光下晾晒10天，环境温度为40℃，当检测猪粪含水率为15％时，收集猪粪进行粉碎、过20目筛，得到猪粪粉末贮存备用，
(2)配制氧化石墨烯悬液：将氧化石墨烯配制成浓度为0.5mg/mL的水溶液1L，并用0.1mol/L的NaOH或H2SO4水溶液调节溶液的pH到9，并在超声清洗器中进行超声处理30min(频率为45k Hz，功率为45W)，得到均一分散的单层氧化石墨烯悬液。
(3)配制氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液：将聚丙烯酸钠溶于水中，配制成2.0mg/mL的聚丙烯酸钠溶液100mL，在不断搅拌下，将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入氧化石墨烯分散液中，得氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液。
(4)猪粪/氧化石墨烯复合材料的制备：取上述步骤备用的猪粪粉末22g加入到氧化石墨烯/聚丙烯酸钠悬浮液，并搅拌2h，得到使得复合物充分形成，随后静置3h，使复合物陈化，过滤溶液，得氧化石墨烯改性生物炭复合固体材料，将氧化石墨烯改性生物炭固体材料用去离子水清洗，以去除其粘结过程中形成的杂质，然后以-55℃冷冻干燥48h，得生物炭/氧化石墨烯复合材料，储存于容器中保存。
(5)氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备：将猪粪/氧化石墨烯复合材料放入管式炉中，以0.2L/min的速率通入氮气，以10℃/min的升温速率先升温至100℃并保持1h，然后再以10℃/min的升温速率升温至400℃并继续热解2h，然后冷却至室温，热解产物经碾碎、过120目筛制得氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
实施例4
将实施例1～3制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭分别投入到含有镉离子的污水中处理。
污水池分4组分别为A、B、C和D组，每组有3个污水池，分别标号为A-1、A-2、A-3；B-1、B-2、B-3；C-1、C-2、C-3；D-1、D-2、D-3。实施例1～3分别投入到A、B、C组污水池，将市场购买得到的生物炭作为对照添加到D组污水池。
当氧化石墨烯改性的猪粪生物炭的投加量为3g/L时，其对镉去除率达到了90.3％以上；当投加量为6g/L时，污水pH值为8时，所述生物炭对镉的去除率达到97.3％以上。与对照组生物炭的吸附情况相比，本发明提供的氧化石墨烯改性猪粪生物炭能够较大的提高污水中镉离子的吸附性能，较常规生物炭相比，吸附率提高了51.1％～74.6％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氧化石墨烯改性猪粪生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯悬液调整pH值至5～8，将调整pH值后的氧化石墨烯悬液进行超声处理，得到分散的单层氧化石墨烯悬液；
2)将聚丙烯酸钠溶液逐滴加入所述步骤1)中得到的单层氧化石墨烯悬液中，得氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液；
3)将猪粪粉末与所述步骤2)中得到的氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液混合，搅拌1～3h，静置3～4h，过滤，收集沉淀，得到氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为18～22g：1～1.12L；
4)将所述步骤3)中得到的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品进行水洗，再冷冻干燥，得到去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品；
5)在氮气氛围中，将所述步骤4)中得到的去杂的氧化石墨烯改性生物炭复合材料初品置于热解环境中，向所述热解环境中通入氮气，以8～15℃/min的升温速率升温至100～400℃热解1～4h，将热解产物冷却后粉碎、过筛，得到氧化石墨烯改性猪粪生物炭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中猪粪粉末是由新鲜猪粪在25～40℃下晾晒7～14d，将晾晒后的猪粪粉碎、过筛制备得到。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述猪粪粉末的粒径为18～25目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述聚丙烯酸钠溶液与单层氧化石墨烯悬液的体积比为0.08～0.12：1；氧化石墨烯悬液的质量浓度为0.1～1mg/mL；聚丙烯酸钠溶液的质量浓度为1.0～4.0mg/mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中超声处理的条件：超声时间30～60min，超声频率为35～45kHz，超声功率为45～55W。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中猪粪粉末的质量与氧化石墨烯-聚丙烯酸钠悬浮液的体积比为20g：1.1L。
7.根据权利要求1、2、4～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中氮气的通入速度为0.1～0.8L/min；热解的温度为200～300℃；热解的时间为2～3h；
所述步骤5)中过筛的孔径为18～25目。
8.权利要求1～7任意一项所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭，其特征在于，组分包括氧化石墨烯、猪粪生物炭和聚丙烯酸钠，所述氧化石墨烯通过聚丙烯酸钠负载在猪粪生物炭上；所制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭的产率为53.8％；氧化石墨烯的改性率为35％～40％。
9.权利要求1～7任意一项所述方法制备的氧化石墨烯改性猪粪生物炭或权利要求8所述的氧化石墨烯改性猪粪生物炭在去除污水中镉中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述氧化石墨烯改性猪粪生物炭的投加质量为每升废水中添加0.4～6g。
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