申請(qǐng)日2014.01.13

　　公開(公告)日2014.04.16

　　IPC分類號(hào)B01J20/20; C02F1/58; C02F1/28; B01J20/30

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種用于廢水除磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，該制備方法包括將廢棄生物質(zhì)加入到金屬鹽溶液中，攪拌混勻，再加入堿溶液，繼續(xù)攪拌30-120min，然后進(jìn)行水熱碳化，待反應(yīng)完全后將所得產(chǎn)物冷卻至室溫，抽濾，再用水和/或乙醇洗去表面未反應(yīng)物質(zhì)，接著在60-120℃溫度條件下干燥至恒重，過40-180目篩，即得。本發(fā)明的制備方法以廢棄生物質(zhì)為原料，成本低廉，采用水熱碳化法反應(yīng)條件溫和，整個(gè)制備工藝過程簡(jiǎn)單，獲得的生物質(zhì)碳復(fù)合材料穩(wěn)定性好，具有高效的除磷效果。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種用于廢水除磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括將廢棄生物質(zhì)加入到金屬鹽溶液中，攪拌混勻，再加入堿溶液，繼續(xù)攪拌30-120min，然后進(jìn)行水熱碳化，待反應(yīng)完全后將所得產(chǎn)物冷卻至室溫，抽濾，再用水和/或乙醇洗去表面未反應(yīng)物質(zhì)，接著在60-120℃溫度條件下干燥至恒重，過40-180目篩，即得。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，水熱碳化的溫度為140-280℃，時(shí)間為4-48小時(shí)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述廢棄生物質(zhì)與金屬鹽溶液的m/v比為5-20%，金屬鹽溶液的濃度為0.01-0.2mol/L。

　　4.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述堿溶液與金屬鹽溶液的體積比為1-25%，堿溶液的濃度為1-6mol/L。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的金屬鹽溶液中的金屬元素為鐵、鋁、鈣、鎂和鑭中的至少一種。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述廢棄生物質(zhì)選自農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、養(yǎng)殖廢棄物和餐廚垃圾中的至少一種。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的生物質(zhì)碳復(fù)合材料。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)碳復(fù)合材料在廢水除磷中的應(yīng)用。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，向廢水中投加1-5 g/L所述生物質(zhì)碳復(fù)合材料，吸附時(shí)間為2-24小時(shí)。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的應(yīng)用，其特征在于，收集吸附了磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料作為磷肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，或?qū)⑵溥M(jìn)行焚燒。

　　說(shuō)明書

　　一種用于廢水除磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種采用水熱碳化法制備用于廢水除磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的方法。

　　背景技術(shù)

　　磷是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要元素之一，控制磷元素比控制氮元素更能有效的控制水體富營(yíng)養(yǎng)化，被磷污染的水體，藻類大量繁殖，溶解氧銳減，水質(zhì)變臭，嚴(yán)重影響魚類等水生生物的生存;磷也是配水系統(tǒng)水質(zhì)生物穩(wěn)定的限制因子，它在給水處理中的去除也受到越來(lái)越多的關(guān)注。另一方面，磷在生物圈中是單向流動(dòng)的，磷的大量消耗將使磷成為寶貴稀有資源。因此，去除水中的磷的同時(shí)將其回收利用，將有重要的環(huán)境意義。常規(guī)的生物除磷法和化學(xué)除磷法存在操作條件嚴(yán)格、產(chǎn)生二次污染以及不能回收磷資源等缺點(diǎn)，而吸附法由于占地面積小，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于磷的回收而倍受人們關(guān)注。

　　吸附劑在磷的去除和回收方面的應(yīng)用較為廣泛，但傳統(tǒng)的吸附劑往往通過化學(xué)沉積和解吸來(lái)回收磷，這導(dǎo)致了較低的磷回收效率，但生物質(zhì)碳復(fù)合材料在磷吸附后可以直接作為磷肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也可以通過焚燒來(lái)得到高濃度的磷酸鹽灰分，從而實(shí)現(xiàn)磷的回收。

　　水熱碳化是生物質(zhì)在較溫和的溫度及水蒸氣形成的壓力條件下的熱化學(xué)變化。近年來(lái)盡管水熱碳化在固碳材料、催化劑、燃料電池、生物成像、藥物投遞、傳感器和水處理等材料的制備方面，及在廢棄生物質(zhì)(如秸稈、餐廚垃圾等)的高熱值轉(zhuǎn)變方面得到廣泛應(yīng)用，但在除磷材料制備方面的應(yīng)用仍未見報(bào)導(dǎo)。鈣、鐵、鎂、鋁和鑭等元素在高效磷吸附材料的制備中得到了大量的應(yīng)用，目前高效磷吸附材料中這些元素的參雜主要是通過生物質(zhì)高溫?zé)崃呀�，然而高溫�(zé)崃呀夥ù嬖诜磻?yīng)溫度高、條件苛刻、對(duì)設(shè)備要求高、成本高等缺陷。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種反應(yīng)條件溫和、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、穩(wěn)定性好、具有可控性的生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備方法。該制備方法包括將廢棄生物質(zhì)加入到金屬鹽溶液中，攪拌混勻，再加入堿溶液，繼續(xù)攪拌30-120min，使其充分反應(yīng)，然后進(jìn)行水熱碳化，待反應(yīng)完全后將所得產(chǎn)物冷卻至室溫，抽濾，再用水和/或乙醇洗去表面未反應(yīng)物質(zhì)，接著在60-120℃溫度條件下干燥至恒重，過40-180目篩，即得。

　　本發(fā)明通過將廢棄生物質(zhì)加入到金屬鹽溶液中浸泡，充分浸泡后再加入堿溶液，從而實(shí)現(xiàn)氫氧化物在生物質(zhì)表面的負(fù)載，水熱碳化負(fù)載了氫氧化物的生物質(zhì)碳的表面具備豐富的含氧基團(tuán)，而一些金屬元素對(duì)這些含氧基團(tuán)具有較高的親和力，因此這些金屬元素可以參雜到生物質(zhì)碳的表面，形成復(fù)合材料，可以同步實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的碳化和功能化。

　　優(yōu)選地，水熱碳化的溫度為140-280℃，時(shí)間為4-48小時(shí)。

　　優(yōu)選地，所述廢棄生物質(zhì)與金屬鹽溶液的m/v比為5-20%，金屬鹽溶液的濃度為0.01-0.2mol/L，以通過水熱碳化制備含有最佳金屬元素比例的生物碳復(fù)合材料。

　　優(yōu)選地，所述堿溶液與金屬鹽溶液的體積比為1-25%，堿溶液的濃度為1-6mol/L，本發(fā)明金屬鹽溶液與堿溶液的體積比是較為合適的，能夠使得金屬離子全部形成氫氧化物。

　　優(yōu)選地，所述的金屬鹽溶液中的金屬元素為鐵、鋁、鈣、鎂和鑭中的至少一種。鐵、鋁、鈣、鎂和鑭等金屬元素對(duì)生物質(zhì)碳的表面具備豐富的含氧基團(tuán)具有較高的親和力，因此這些元素可以參雜到生物質(zhì)碳的表面，形成復(fù)合材料。

　　優(yōu)選地，所述廢棄生物質(zhì)選自農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、養(yǎng)殖廢棄物和餐廚垃圾中的至少一種。廢棄生物質(zhì)來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，可以大大降低該復(fù)合材料的成本。

　　本發(fā)明的另一個(gè)目的提供一種上述制備方法制得的生物質(zhì)碳復(fù)合材料。

　　本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供上述生物質(zhì)碳復(fù)合材料在廢水除磷中的應(yīng)用。

　　優(yōu)選地，所述的應(yīng)用是向廢水中投加1-5 g/L所述生物質(zhì)碳復(fù)合材料，吸附時(shí)間為2-24小時(shí)。

　　優(yōu)選地，所述的應(yīng)用是收集吸附了磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料作為磷肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，或?qū)⑵溥M(jìn)行焚燒，去除有機(jī)部分，得到高磷酸鹽含量的灰分，從而實(shí)現(xiàn)磷的回收。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

　　本發(fā)明采用廢棄生物質(zhì)作為原料，來(lái)源廣泛，成本低廉;采用水熱碳化法制備生物質(zhì)碳復(fù)合材料，反應(yīng)條件溫和，綠色環(huán)保;制備工藝過程簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，操作可控，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。本發(fā)明制得的生物質(zhì)碳復(fù)合材料具有高效的除磷效果，且在堿性或陰離子存在條件下，除磷性能降幅微弱，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的除磷材料。吸附了磷的生物質(zhì)碳復(fù)合材料可作為磷肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，或?qū)⑵溥M(jìn)行焚燒，去除有機(jī)部分，得到高磷酸鹽含量的灰分，從而實(shí)現(xiàn)磷的有效回收。