CN109264944B - 一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，包括制备FeSO4改性生物质；将FeSO4改性生物质进行高温热裂解，得到FeSO4改性生物炭；将FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥充分混合，利用FeSO4改性生物炭的吸附作用、络合作用和共沉淀作用将底泥中的汞固定；将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离，即实现将汞污染的底泥修复。本发明能实现生物炭、铁和硫的共同作用，显著提高了汞污染然去除效果，且程序简单，工程量少，方便易操作。

Description

一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法
技术领域
本发明涉及底泥污染修复技术领域，一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法。
背景技术
汞(Hg)是环境中毒性最强的金属元素之一，其中有机形态(甲基汞、二甲基汞)毒性比无机汞高几个数量级。我国是需汞大国，长期的开采活动造成严重汞污染，同时各种工业过程也造成大量的汞污染。释放到环境中的汞大部分都会以沉降或地表径流的形式汇集到底泥中。底泥是汞的一个重要汇，同时也是汞污染二次释放的源和产生甲基汞的重要场所。目前我国大部分省份都存在汞污染问题，汞污染场地的修复成为我国环保工作者研究的热点，开发高效、低廉的修复材料和方法迫在眉睫。
汞污染底泥的修复方法，目前的研究主要聚焦在厌氧条件下应用活性炭、零价铁、胶结材料、硝酸根等材料的修复研究，这些方法生产成本高，在环境中不稳定，对汞的固化效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能够同时具备生物炭和Fe、S相关材料除汞性能，且汞去除率高，修复性能好的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法。
本发明的实施例提供一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，包括以下步骤：
S1.制备FeSO4改性生物质；
S2.将步骤S1得到的FeSO4改性生物质进行高温热裂解，得到FeSO4改性生物炭；
S3.将步骤S2得到的FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥充分混合，利用 FeSO4改性生物炭的吸附作用、络合作用和共沉淀作用将底泥中的汞固定；
S4.将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离，即实现将汞污染的底泥修复。
进一步，所述步骤S1中，制备FeSO4改性生物质的具体方法为：
S1.1.称取FeSO4·7H2O固体，并溶于已经充分曝气的去离子水中，厌氧搅拌直至充分溶解，配成FeSO4溶液；
S1.2.称取烘干的生物质，将生物质切割成大小一致的立方体块；
S1.3.将经过步骤S1.2处理的生物质和步骤S1.1制得的FeSO4溶液进行混合，浸泡48h，浸泡过程中不定期搅拌，得到充分吸收FeSO4溶液的生物质；
S1.4.将充分吸收FeSO4溶液的生物质厌氧滤出，厌氧烘干，即得到FeSO4改性生物质。
进一步，所述步骤S1.1中，配成FeSO4溶液的浓度为0.5mol/L。
进一步，所述步骤S1.2中，立方体块的边长为3-5mm。
进一步，所述步骤S1.3中，生物质和FeSO4溶液按照生物质和Fe的质量比为5：1的比例进行混合。
进一步，所述步骤S1.4中，厌氧烘干的温度为105℃。
进一步，所述步骤S2中，FeSO4改性生物质在管式电阻炉中进行高温热裂解，高温热裂解的温度为300-900℃，高温热裂解的时间为2h，整个高温热裂解过程在厌氧条件下进行。
进一步，所述步骤S3中，FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥通过搅拌充分混合。
进一步，所述步骤S4中，利用外加磁场将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)FeSO4改性生物炭能实现生物炭、铁和硫的共同作用，利用硫与汞络合作用，铁与汞吸附、共沉淀作用对于汞的结合能力较普通未改性生物炭强，显著提高了汞污染然去除效果，尤其是在热裂解温度较低的情况下，FeSO4改性生物炭对汞的去除效率较不改性生物炭大幅提高。
(2)FeSO4改性生物炭具有一定的磁性，且磁性在短期内不会失效，可以通过外加磁场将FeSO4改性生物炭与原底泥的分离，分离效果好，操作工艺简单。
(3)汞在FeSO4改性生物炭上的固定更持久，固定后的汞不易二次释放，也不易被微生物甲基化，固定汞的二次污染和甲基化作用概率更小。
(4)程序简单，工程量少，方便易操作。
附图说明
图1是本发明一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法的一流程图。
图2是本发明一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法的一原理图。
图3是本发明一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1-图3，本发明的实施例提供了一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，包括以下步骤：
S1.制备FeSO4改性生物质；
具体方法为：
S1.1.称取FeSO4·7H2O固体，并溶于已经充分曝气的去离子水中，厌氧搅拌直至充分溶解，配成FeSO4溶液；优选地，配成FeSO4溶液的浓度为0.5mol/L。
S1.2.称取烘干的生物质，为方便污染去除，将生物质切割成大小一致的立方体块；优选地，立方体块的边长为3-5mm。
S1.3.将经过步骤S1.2处理的生物质和步骤S1.1制得的FeSO4溶液进行混合，浸泡48h，浸泡过程中不定期搅拌以保证浸泡充分，得到充分吸收FeSO4溶液的生物质；优选地，生物质和FeSO4溶液按照生物质和Fe的质量比为5：1 的比例进行混合。
S1.4.将充分吸收FeSO4溶液的生物质厌氧滤出，厌氧烘干，优选地，厌氧烘干的温度为105℃，即得到FeSO4改性生物质。
厌氧烘干过程中涉及的反应有：FeSO4+4H2O→FeSO4·4H2O (1)
S2.将步骤S1得到的FeSO4改性生物质进行高温热裂解，得到FeSO4改性生物炭；
优选地，FeSO4改性生物质在管式电阻炉中进行高温热裂解，高温热裂解的温度为300-900℃，温度设定视情况而定，高温热裂解的时间为2h，整个高温热裂解过程在厌氧条件下进行。
涉及的反应如下：
300℃热裂解时：
FeSO4·4H2O+0.155C→0.38FeSO4·H2O+0.31Fe2O3+0.62SO2+0.155CO2+3.62H2O
(2)
600℃热裂解时：
FeSO4·4H2O+0.485C→0.39Fe2O3+0.07FeS+0.15Fe+0.93SO2+0.485CO2+4H2O
(3)
900℃热裂解时：
FeSO4·4H2O+0.62C→0.36Fe2O3+0.16FeS+0.12Fe+0.84SO2+0.62CO2+4H2O
(4)
S3.将步骤S2得到的FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥充分混合，在需要的情况下，可以提供一定的物理帮助，如搅拌等，促进FeSO4改性生物炭与汞污染底泥的接触和反应，并对底泥中汞含量进行监测；利用FeSO4改性生物炭的吸附作用、络合作用和共沉淀作用将底泥中的汞固定；
S4.FeSO4改性生物炭具有一定的磁性，且磁性在短期内不会失效，利用外加磁场将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离，即实现将汞污染的底泥修复。
FeSO4改性生物炭有普通生物炭、硫、铁的多方面作用，利用吸附作用、络合作用、共沉淀作用将底泥中的汞去除，硫与汞络合作用，铁与汞吸附、共沉淀作用对于汞的结合能力较普通未改性生物炭强，利用FeSO4改性生物炭的磁性将固定汞后的FeSO4改性生物炭与底泥分离，固定后的汞不易二次释放，也不易被微生物甲基化。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备FeSO4改性生物质；
其具体方法为：
S1.1.称取FeSO4·7H2O固体，并溶于已经充分曝气的去离子水中，厌氧搅拌直至充分溶解，配成FeSO4溶液；
S1.2.称取烘干的生物质，将生物质切割成大小一致的立方体块；
S1.3.将经过步骤S1.2处理的生物质和步骤S1.1制得的FeSO4溶液进行混合，浸泡48h，浸泡过程中不定期搅拌，得到充分吸收FeSO4溶液的生物质；
S1.4.将充分吸收FeSO4溶液的生物质厌氧滤出，厌氧烘干，即得到FeSO4改性生物质；
S2.将步骤S1得到的FeSO4改性生物质进行高温热裂解，得到FeSO4改性生物炭；其中，FeSO4改性生物质在管式电阻炉中进行高温热裂解，高温热裂解的时间为2h，整个高温热裂解过程在厌氧条件下进行，FeSO4改性生物质高温热裂解的温度为600-900℃；
S3.将步骤S2得到的FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥充分混合，利用FeSO4改性生物炭的吸附作用、络合作用和共沉淀作用将底泥中的汞固定；
S4.将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离，即实现将汞污染的底泥修复。
2.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S1.1中，配成FeSO4溶液的浓度为0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，立方体块的边长为3-5mm。
4.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S1.3中，生物质和FeSO4溶液按照生物质和Fe的质量比为5：1的比例进行混合。
5.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S1.4中，厌氧烘干的温度为105℃。
6.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S3中，FeSO4改性生物炭与汞污染的底泥通过搅拌充分混合。
7.根据权利要求1所述的FeSO4改性生物炭修复汞污染底泥的方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用外加磁场将固定汞的FeSO4改性生物炭和底泥分离。
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