1.本發(fā)明屬于重金屬污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.鋼渣是指在煉鋼過(guò)程中排放的固體廢渣，每生產(chǎn)1t粗鋼約產(chǎn)生8％～15％鋼渣。根據(jù)中國(guó)廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)鋼渣排放量高達(dá)1.2億t。20世紀(jì)90年代初至2018年末，中國(guó)的鋼渣尾渣累積堆存量更是已超過(guò)18億t。鋼渣種類(lèi)多樣，除了轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程排放的轉(zhuǎn)爐鋼渣，其它還有電爐煉鋼過(guò)程排放的電爐鋼渣、不銹鋼冶煉過(guò)程排放的不銹鋼鋼渣，也有企業(yè)把鐵水預(yù)處理、精煉等煉鋼相關(guān)工藝排放的預(yù)處理渣、精煉渣、鑄余渣等也算作鋼渣。部分鋼鐵廠將這些廢渣全部排放到渣場(chǎng)處理，不同的廢渣被混合，大大增加了鋼渣的利用難度。上述工業(yè)固廢達(dá)到億噸的大宗量級(jí)別，總體利用率低于30％，總堆存量數(shù)十億噸，不僅占用大量的土地，還形成嚴(yán)重的安全和環(huán)境污染隱患。作為一個(gè)工業(yè)制造大國(guó)，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的綠色發(fā)展，就亟需開(kāi)展大宗工業(yè)固廢資源化利用技術(shù)的研究和應(yīng)用。鋼渣具有比表面積大，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)利用鋼渣處理廢水進(jìn)行了大量研究，在廢水處理領(lǐng)域中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。鋼渣主要成分為鈣、硅、鐵、鋁和鎂的氧化物，且?guī)в谢钚曰鶊F(tuán)，使其能夠作為水處理劑通過(guò)化學(xué)沉淀作用、還原作用、陽(yáng)離子交換、表面配位等四種形式吸附重金屬離子。

3.由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平提升，我國(guó)生活廢棄物的總量也逐年增長(zhǎng)，2020年我國(guó)市政垃圾 (生活垃圾、市政污泥等)年產(chǎn)出已達(dá)3.6億t。大量的農(nóng)業(yè)、市政等垃圾的隨意排放易造成土壤板結(jié)、酸化等環(huán)境問(wèn)題，引發(fā)嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染。因此如何合理利用資源進(jìn)行資源的轉(zhuǎn)化成為當(dāng)今熱議的話題，在此背景下生物炭應(yīng)運(yùn)而生。生物炭是指生物質(zhì)(如秸稈、樹(shù)木枝干、藻類(lèi)、市政垃圾等)在限氧或無(wú)氧狀態(tài)下經(jīng)低溫或高溫(150-1000℃) 條件發(fā)生熱解作用，生成的一類(lèi)富含碳素、芳香類(lèi)化合物的特性穩(wěn)定的固態(tài)黑色粉末狀物質(zhì)。生物質(zhì)炭的制備方法包括高溫?zé)峤夥?、水熱碳化法、其他方法等?br>
4.重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，許多河流和地下水中的重金屬含量超過(guò)了安全標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于重金屬富集且難以降解，進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害?，F(xiàn)階段，很多分子篩和活性炭被用于吸附各種重金屬，但其較高的生產(chǎn)成本和較低的產(chǎn)率，仍然是一大難題。生物質(zhì)炭正好能夠彌補(bǔ)它們的不足，取材容易用之不竭，制備工藝更加簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高，在重金屬吸附方面的效果也相對(duì)顯著。從這個(gè)角度來(lái)看，生物質(zhì)炭作為一種高效的吸收劑，在眾多優(yōu)勢(shì)下脫穎而出。因此，生物質(zhì)炭被廣泛應(yīng)用于污染水體中不同價(jià)態(tài)重金屬污染物的吸附研究。通常合成的生物質(zhì)炭吸附性能有限，為了增強(qiáng)其吸附性能，強(qiáng)化其理化性質(zhì)，可對(duì)其進(jìn)行改性。改性常用的方法為物理法、化學(xué)法、后修飾法等。

5.對(duì)鋼渣的改性圍繞增加鋼渣的孔隙度、比表面積和增強(qiáng)鋼渣表面所帶負(fù)電荷的數(shù)量為主，提高了鋼渣對(duì)污染物質(zhì)的物理吸附和靜電引力作用。但改性過(guò)程需要消耗大量的化學(xué)藥劑或者能量，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性差，是沒(méi)有用于工業(yè)化的重要原因。

6.傳統(tǒng)的高溫?zé)峤夥芎倪^(guò)高：高溫?zé)峤夥ㄊ亲顐鹘y(tǒng)和成熟的一種制備方法，是通過(guò)把生物質(zhì)原料放于高溫爐中在無(wú)氧或者低氧狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，從而得到初步的生物質(zhì)炭 (也稱為熱解炭)，而這種方式制備的生物炭會(huì)消耗大量能量并且受加熱溫度和加熱速率的影響，即在較低溫度和較慢升溫速率會(huì)提升生物炭的產(chǎn)率但是溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致炭化不完全、炭化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

7.生物質(zhì)炭吸附性能有限：生物炭的原材料來(lái)源很廣，并且成炭的表面性能還受制備工藝的影響，因此其吸附效能良莠不齊，雖然對(duì)重金屬離子具有固定作用，但是其對(duì)有些重金屬離子吸附固定的效果欠佳。

8.鋼渣吸附性能有限：鋼渣主要依靠靜電作用選擇性吸附重金屬離子，因此吸附穩(wěn)定性較差，并且不同產(chǎn)地的鋼渣組成差異較大。鋼渣受本身物理化學(xué)性質(zhì)的影響導(dǎo)致吸附效率不高，其作為吸附劑廣泛工業(yè)化應(yīng)用還存在問(wèn)題。

9.鋼渣粒度均一性差：從鋼鐵冶煉企業(yè)回收的鋼渣粒度不均勻，處理效率不高，對(duì)重金屬的吸附固定能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

10.本部分的目的是在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本技術(shù)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

11.鑒于現(xiàn)有的生物炭、鋼渣、傳統(tǒng)高溫?zé)峤夥ù嬖诘膯?wèn)題，提出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明其中一個(gè)目的是提供一種生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料及其制備方法，無(wú)需大量化學(xué)藥劑的加入，低能耗，大大提高了對(duì)重金屬的吸附能力及吸附穩(wěn)定性。

12.為解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)上述效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

13.一種生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，將鋼渣與生物炭混合，先通過(guò)水熱混勻方法，再經(jīng)過(guò)熱解燒結(jié)，獲得產(chǎn)物。

14.進(jìn)一步的，上述方法包括以下一個(gè)或多個(gè)步驟：

15.s1:將鋼渣與生物炭分別破碎為小顆粒，該步驟可以通過(guò)從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)所需粒度的超細(xì)顆粒所代替，因此本發(fā)明所述制備方法可以購(gòu)買(mǎi)成品材料后，直接從步驟s2開(kāi)始；

16.s2:將鋼渣小顆粒與生物炭小顆粒混合；

17.s3:將s2獲得的小顆粒置于反應(yīng)容器中，加入去離子水，攪拌均勻；加入去離子水有助于鋼渣和生物炭顆粒進(jìn)行均勻的分散；

18.s4:將s3中所述的反應(yīng)容器置于水浴中蒸干水分；進(jìn)行水浴的設(shè)備可選用瑞德儀器型號(hào)為hh-zk2的水浴鍋；水熱過(guò)程中在生物炭的作用下，鋼渣可以釋放出其中部分的金屬離子，通過(guò)這些離子就可以對(duì)活性炭進(jìn)行有效的激活，從而不需要向生物炭中加入例如磷酸水溶液等活化劑，進(jìn)而也不需要進(jìn)行ph值的調(diào)節(jié)，因此整個(gè)工藝不會(huì)引入更多的離子，最終可以有效的減底工藝成本，簡(jiǎn)化工藝流程，同時(shí)對(duì)最終產(chǎn)品的吸附性能沒(méi)有任何影響，反而由于鋼渣的加入，使活性炭的比表面積進(jìn)一步增大，大大提高了產(chǎn)品的吸附性能。

19.s5:將反應(yīng)容器放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，排出空氣，之后升高熱解爐爐溫；

20.s6:熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；

21.s7:收集產(chǎn)物。

22.進(jìn)一步的，所述生物炭的原料是玉米秸稈、小麥秸稈、核桃外殼等農(nóng)林廢棄物中的一種或幾種的混合。以玉米秸稈為例，將所述原料制備為生物炭的步驟包括：

23.s1:玉米秸稈切段，切段尺寸不超過(guò)2cm，在干燥箱中烘干至恒重，烘干溫度為60-70 ℃；

24.s2:烘干后的玉米秸稈混合破碎為小顆粒；

25.s3:將玉米秸稈小顆粒制備為生物炭顆粒。

26.進(jìn)一步的，步驟s1所述對(duì)鋼渣與生物炭分別進(jìn)行破碎，生物炭小顆粒的粒度不小于 30目，鋼渣小顆粒的粒度不小于800目。可選用溫嶺市林大機(jī)械有限公司，型號(hào)dfy-500c 設(shè)備，對(duì)生物炭進(jìn)行粉碎，可選用廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)zd-50l設(shè)備，對(duì)鋼渣進(jìn)行粉碎。粉碎后，生物炭小顆粒的粒度不小于30目，鋼渣小顆粒的粒度不小于800 目。由于原料破碎的粒度適中，因此在進(jìn)行原料分散的時(shí)候，可以直接采用去離子水?dāng)嚢璺稚?，而不需要進(jìn)行例如超聲波等耗能較大的分散方法，從而簡(jiǎn)化了制備工藝，實(shí)現(xiàn)了更好的分散效果，能夠保證鋼渣顆粒更好的嵌入生物炭孔隙及裂隙中。

27.進(jìn)一步的，s3中所述反應(yīng)容器為剛玉坩堝。

28.進(jìn)一步的，水浴溫度為99℃。本方案的步驟中生物炭與鋼渣的混合物，先經(jīng)過(guò)水熱混勻過(guò)程，再經(jīng)過(guò)熱解燒結(jié)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鋼渣與生物炭的結(jié)合，水熱過(guò)程在本方案中不可或缺，選用特定的99℃進(jìn)行水熱，可以在保持液體不沸騰的穩(wěn)定情況下，盡最大可能的將鋼渣與生物炭進(jìn)行分散，并可以通過(guò)熱力學(xué)的震動(dòng)，將鋼渣顆粒推動(dòng)進(jìn)入生物炭的孔隙及裂隙之中，而超過(guò)100℃，將發(fā)生沸騰，將造成去離子水中的顆粒劇烈的碰撞，破壞生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)，從而影響產(chǎn)品的最終吸附量及吸附穩(wěn)定性。而現(xiàn)有技術(shù)中常用的鼓風(fēng)干燥或加熱管干燥，一方面不能很好的控制溫度，因此分散效果不好，也無(wú)法推動(dòng)鋼渣顆粒進(jìn)入生物炭孔隙之中；另一方面，風(fēng)干方法也不適合本方案，開(kāi)放式的風(fēng)干，將把細(xì)小的顆粒吹起，造成環(huán)境的污染。

29.同時(shí)由于生物炭在炭化過(guò)程中會(huì)形成許多封閉性孔隙，這些孔隙如直接使用是發(fā)揮不了吸附作用的，也就是常說(shuō)的吸附量沒(méi)有達(dá)到峰值，而通過(guò)水熱過(guò)程本身及整個(gè)過(guò)程中鋼渣顆粒的熱力學(xué)碰撞，會(huì)有大量的封閉性孔隙被打開(kāi)，因此能夠進(jìn)一步的提升產(chǎn)品的吸附能力。

30.進(jìn)一步的，s5中熱解爐n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，按照10 ℃/min的速率升至300-430℃、460-600℃，保持恒溫60min。

31.根據(jù)上述方法制備的吸附材料，鋼渣顆粒能夠嵌入生物炭?jī)?nèi)部孔隙及裂隙，鋼渣顆粒所含氧化鐵、氧化鈣等成分和含量會(huì)發(fā)生變化。我們已知生物炭的微觀結(jié)構(gòu)是相鄰六角碳層之間的石墨通道呈狹縫形狀，而一般可將生物炭的孔隙劃分為大孔、中孔、微孔，本發(fā)明所述的鋼渣顆粒，一般會(huì)嵌入中孔與大孔中，生物炭的孔隙相對(duì)來(lái)說(shuō)比較脆弱，而吸附能力又恰恰來(lái)源于這些孔隙，鋼渣顆粒的嵌入，實(shí)現(xiàn)了孔隙內(nèi)部的一個(gè)支撐，因此，大大增強(qiáng)了生物炭的抗沖擊穩(wěn)定性。裂隙是指生物炭表面裂開(kāi)的隙縫，裂隙中可以容納大量的鋼渣顆粒。在此基礎(chǔ)上，在熱解工序的作用下，鋼渣顆粒與生物炭燒結(jié)固化，形成了新的復(fù)合材料，在此過(guò)程中，鋼渣顆粒中的鐵錳鈣等元素，會(huì)發(fā)生多種晶型的變化，形成更多的吸附性官能團(tuán)，從而提升了材料整體的吸附量及吸附性能。

32.進(jìn)一步的，所述吸附材料中鋼渣與生物炭的比例為1:8-8:1。本發(fā)明所述復(fù)合吸附

材料的原材料可以在非常寬泛的組成配比范圍內(nèi)使用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其吸附性能可以始終保持在比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

33.所述吸附材料，可用于水體中鎘的吸附去除。

34.在整個(gè)工藝過(guò)程中鋼渣可以進(jìn)入生物炭的孔隙及裂隙中，由以下因素共同決定：

35.第一，如圖15-17中就可以發(fā)現(xiàn)，存在更大孔隙的生物炭，孔隙已經(jīng)超過(guò)25μm，如圖17的箭頭所示，粒徑小的鋼渣已經(jīng)進(jìn)入到生物炭的孔中，同時(shí)圖13中也存在孔隙破碎呈敞開(kāi)狀態(tài)的生物炭，這種孔隙孔徑更大，更利于鋼渣的進(jìn)入，其他附圖中均有鋼渣顆粒進(jìn)入生物炭孔隙中的顯示，并未逐一進(jìn)行箭頭標(biāo)注，說(shuō)明書(shū)附圖中的孔隙尺寸僅是示例展示，并不限定專(zhuān)利的保護(hù)范圍；

36.第二，在整個(gè)制備過(guò)程中鋼渣與生物炭需要經(jīng)過(guò)水熱與熱解的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，鋼渣會(huì)進(jìn)一步的崩解為更小粒徑的顆粒，如圖11-14中，均發(fā)現(xiàn)了粒徑更小的鋼渣顆粒，因此鋼渣顆粒更容易進(jìn)入生物炭孔隙內(nèi)；

37.第三，在制備的研磨破碎過(guò)程中，雖然鋼渣的制備要求達(dá)到不小于800目的顆粒程度，但是在破碎過(guò)程中，僅是最大顆粒度達(dá)到800目，破碎的鋼渣顆粒中依然存在顆粒度更小的鋼渣顆粒，且破碎后的顆粒并不是標(biāo)準(zhǔn)的球形，也存在棒狀長(zhǎng)度在800目以上的顆粒，而800目相當(dāng)于粒徑15μm左右；

38.第四，鋼渣顆粒在整個(gè)工藝過(guò)程中，有部分粒度較小的鋼渣顆粒進(jìn)入了生物炭孔隙中，另一部分粒度較大的鋼渣顆粒進(jìn)入了生物炭的裂隙中，如圖15-16所示，圖中a-a’所展示的范圍就是生物炭的裂隙，其空間尺寸已經(jīng)達(dá)到了30-50μm；

39.第五，生物炭的孔隙在水熱及熱解過(guò)程中，由于受熱孔隙變大，可以容納更大粒度的鋼渣顆粒，工藝過(guò)程結(jié)束后，生物炭的孔隙又會(huì)出現(xiàn)少量回縮，將鋼渣顆粒鎖定在生物炭孔隙內(nèi)。

40.基于以上多種因素的結(jié)合及共同作用，最終達(dá)到本發(fā)明的鋼渣與生物炭形成復(fù)合材料的效果。

41.使用過(guò)的復(fù)合吸附材料可通過(guò)回收填埋進(jìn)行處理，或者對(duì)回收的復(fù)合吸附材料進(jìn)行酸洗及再次活化進(jìn)行重復(fù)使用，由于本復(fù)合吸附材料具有制造成本低及制備工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以兩種回收方式對(duì)本發(fā)明所述復(fù)合吸附材料均適用。

42.對(duì)廢水中的鎘吸附效果可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，具體的模擬及計(jì)算方法如下：

43.稱取274.47g cd(no3)2·

h2o裝入1l容量瓶中,用0.1mol/lnano3溶液定容至1l, 配制100mg/l的cd(ii)溶液。參考o(jì)ecd 106吸附-解吸批量平衡法，將0.1g上述方法制備的產(chǎn)物和250ml 100mg

·

l-1

的as(iii)儲(chǔ)備溶液混合后放入500ml燒杯中，并以200 rpm的速度攪拌。在1、5、10、15、30、60、90、120、240、480、720、960、和1200min 吸出1ml上清液，并通過(guò)0.45μm過(guò)濾器，用原子吸收分光光度計(jì)(ggx-830，北京海光儀器有限公司)測(cè)定濾液中cd的含量。

44.分別稱取cd(no3)2·

h2o 9.64,19.28,28.92,38.56,57.84,77.12和115.68g置于250ml 容量瓶中，用0.1mol/lnano3溶液定容至250ml，以制備0.125，0.25，0.375，0.5，0.75， 1和1.5mmol/l的cd(ii)溶液。將每個(gè)濃度的上述溶液分裝到12個(gè)棕色玻璃小瓶中，每瓶20ml。向棕色玻璃小瓶中加入0.01g本方案所述方法制備的產(chǎn)物，放入恒溫震蕩儀 (精

騏，s-rdv1)，于25℃，200rpm條件下震蕩24小時(shí)。收集上清液通過(guò)0.45μm 過(guò)濾器，用原子吸收分光光度計(jì)(ggx-830，北京海光儀器有限公司)測(cè)定溶液中cd 的含量。

45.鎘吸附量計(jì)算式：qe＝v(c

0-ce)/m

46.qe(mg

·

g-1

)為吸附量，ce(mg

·

l-1

)為平衡濃度，c0(mg

·

l-1

)為初始濃度，v(l) 是溶液體積，m(g)為吸附材料的質(zhì)量。

47.準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可表示為：q

t

＝qe(1-exp(-k1t))

48.準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可表示為：t/q

t

＝1/(k2q

e2

)+t/qe49.式中t為吸附時(shí)間min，qe為平衡吸附量mg

·

g-1

，q

t

為t時(shí)刻時(shí)的平衡濃度mg

·

l-1

， k1，k2分別為兩方程的平衡速率。

50.langmuir方程可表示為:qm＝qebce/(1+bce)

51.freundlich方程表示為:qe＝k

fcen

52.式中，qe表示平衡時(shí)吸附量，mg

·

g-1

；ce表示平衡后溶液中吸附質(zhì)的質(zhì)量濃度mg

·

l-1

； qm表示langmuir吸附等溫線的最大吸附容量mg

·

g-1

；kf和k

l

分別為langmuir和 freundlich模型中的平衡系數(shù)。

53.我們的測(cè)定結(jié)果顯示鋼渣和生物炭吸附cd(ii)的平衡時(shí)間為600min，而鋼渣+生物炭復(fù)合材料吸附cd(ii)的平衡時(shí)間為450min，其中準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更適合描述產(chǎn)物對(duì)cd(ii)的吸附。langmuir模型更適合描述產(chǎn)物吸附cd(ii)的等溫線，表明產(chǎn)物對(duì)cd(ii)的為單層吸附，且復(fù)合材料對(duì)cd(ii)的最大吸附量要高于鋼渣和生物炭，并且在復(fù)合材料組中鋼渣+生物炭對(duì)cd(ii)的吸附高于鋼渣+秸稈。

54.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下。

55.1、本發(fā)明在產(chǎn)物在制備過(guò)程中不需要使用任何附加藥劑，將原料、活化劑、除雜劑等集于一體，大大降低了產(chǎn)品的工藝復(fù)雜程度，節(jié)約了原材料成本，降低了能量消耗；

56.2、利用更加簡(jiǎn)便的工藝方法完成了重金屬吸附材料的制備，并提高了吸附材料的吸附量、降低了吸附平衡時(shí)間，提高了吸附穩(wěn)定性；

57.3、對(duì)鋼渣及生物質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)了廢物垃圾的再利用，實(shí)現(xiàn)了廢物材料的綠色低碳循環(huán)利用；

58.4、將生物炭低成本和高產(chǎn)率特點(diǎn)用于對(duì)鋼渣的改性，通過(guò)分析鋼渣改性機(jī)理，可以得出生物炭表面豐富的有機(jī)基團(tuán)可以增強(qiáng)改性鋼渣依靠表面配位、螯合作用去除廢水中的污染物質(zhì)的能力；

59.5、復(fù)合吸附材料使用后回收再利用簡(jiǎn)便快捷。

附圖說(shuō)明

60.為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

61.圖1是鋼渣和生物炭復(fù)合吸附材料吸附cd(ii)的等溫線；

62.圖2是鋼渣和秸稈復(fù)合材料吸附cd(ii)的等溫線；

63.圖3是鋼渣和生物炭復(fù)合吸附材料吸附cd(ii)的動(dòng)力學(xué)曲線；

64.圖4是鋼渣和秸稈復(fù)合材料吸附cd(ii)的動(dòng)力學(xué)曲線；

65.圖5是生物炭的xrd分析圖；

66.圖6是鋼渣的xrd分析圖；

67.圖7是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的xrd分析圖；

68.圖8是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例8：1的xrd分析圖；

69.圖9是鋼渣的sem分析圖；

70.圖10是生物炭的sem分析圖；

71.圖11是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的sem分析圖；

72.圖12是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例8：1的sem分析圖；

73.圖13是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的sem分析圖2

74.圖14是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例8：1的sem分析圖2

75.圖15是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的sem分析圖3

76.圖16是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的sem分析圖4

77.圖17是生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料鋼渣與生物炭物質(zhì)比例1：8的sem分析圖5

具體實(shí)施方式

78.為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

79.在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

80.其次，需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

81.在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

82.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。

83.實(shí)施例一：

84.要制備本方案所述吸附材料，首先將生物炭用溫嶺市林大機(jī)械有限公司，型號(hào) dfy-500c，功率1400w的搖擺式高速粉碎機(jī)，在破碎轉(zhuǎn)速為25000r/min下，破碎5min，保證生物炭小顆粒的粒度達(dá)到30目，將鋼渣用廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)zd-50l，型號(hào)zd-50l，功率3000w的破壁微粉振動(dòng)磨，在轉(zhuǎn)速為1000r/min下，震動(dòng)頻率8000 次/min，破碎10min，鋼渣小顆粒的粒度達(dá)到800目；將鋼渣小顆粒與生物炭小顆粒混合；并置于剛玉坩堝

中加入去離子水，攪拌均勻；然后將剛玉坩堝置于99℃水浴中蒸干水分；之后再將剛玉坩堝放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，而后按照10℃/min的速率升高熱解爐爐溫至300℃，并保持恒溫60min；熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；最終收集產(chǎn)物，即為本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，本次制備過(guò)程中生物炭的制備原料為玉米秸稈。生物炭與鋼渣的物質(zhì)比例為1:8。

85.為進(jìn)一步的說(shuō)明本方案的制備方法，合理的調(diào)整工藝參數(shù)，依然可以獲得本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，例如：

86.實(shí)施例二：

87.首先將生物炭用溫嶺市林大機(jī)械有限公司，型號(hào)dfy-500c，功率1400w的搖擺式高速粉碎機(jī)，在破碎轉(zhuǎn)速為25000r/min下，破碎5min，保證生物炭小顆粒的粒度達(dá)到100 目，將鋼渣用廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)zd-50l，型號(hào)zd-50l，功率3000w的破壁微粉振動(dòng)磨，在轉(zhuǎn)速為1000r/min下，震動(dòng)頻率9000次/min，破碎15min，鋼渣小顆粒的粒度達(dá)到900目；將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；并置于剛玉坩堝中加入去離子水，攪拌均勻；然后將剛玉坩堝置于99℃水浴中蒸干水分；之后再將剛玉坩堝放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，而后按照10℃/min的速率升高熱解爐爐溫至600℃，并保持恒溫60min；熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；最終收集產(chǎn)物，即為本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，本次制備過(guò)程中生物炭的制備原料為小麥秸稈。生物炭與鋼渣的物質(zhì)比例為1:4。

88.實(shí)施例三：

89.首先將生物炭用溫嶺市林大機(jī)械有限公司，型號(hào)dfy-500c，功率1400w的搖擺式高速粉碎機(jī)，在破碎轉(zhuǎn)速為25000r/min下，破碎5min，保證生物炭小顆粒的粒度達(dá)到200 目，將鋼渣用廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)zd-50l，型號(hào)zd-50l，功率3000w的破壁微粉振動(dòng)磨，在轉(zhuǎn)速為1000r/min下，震動(dòng)頻率8000次/min，破碎10min，鋼渣小顆粒的粒度達(dá)到800目；將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；并置于剛玉坩堝中加入去離子水，攪拌均勻；然后將剛玉坩堝置于99℃水浴中蒸干水分；之后再將剛玉坩堝放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，而后按照10℃/min的速率升高熱解爐爐溫至430℃，并保持恒溫60min；熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；最終收集產(chǎn)物，即為本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，本次制備過(guò)程中生物炭的制備原料為核桃外殼。生物炭與鋼渣的物質(zhì)比例為8:1。

90.實(shí)施例四：

91.首先將生物炭用溫嶺市林大機(jī)械有限公司，型號(hào)dfy-500c，功率1400w的搖擺式高速粉碎機(jī)，在破碎轉(zhuǎn)速為25000r/min下，破碎5min，保證生物炭小顆粒的粒度達(dá)到300 目，將鋼渣用廣州雷邁機(jī)械設(shè)備有限公司，型號(hào)zd-50l，型號(hào)zd-50l，功率3000w的破壁微粉振動(dòng)磨，在轉(zhuǎn)速為1000r/min下，震動(dòng)頻率10000次/min，破碎15min，鋼渣小顆粒的粒度達(dá)到1000目；將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；并置于剛玉坩堝中加入去離子水，攪拌均勻；然后將剛玉坩堝置于99℃水浴中蒸干水分；之后再將剛玉坩堝放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，而后按照10℃/min的速率升高熱解爐爐溫至460℃，并保持恒溫60min；熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；最終收集產(chǎn)物，即為本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，本次制備過(guò)程中生物炭的制備

原料為玉米秸稈與小麥秸稈按照1：1的進(jìn)行混合物。生物炭與鋼渣的物質(zhì)比例為4:1。

92.實(shí)施例五：

93.生物炭小顆粒從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)粒度達(dá)到30目的成品，鋼渣從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)粒度達(dá)到2500目的成品；將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；并置于剛玉坩堝中加入去離子水，攪拌均勻；然后將剛玉坩堝置于99℃水浴中蒸干水分；之后再將剛玉坩堝放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，而后按照10℃/min的速率升高熱解爐爐溫至460℃，并保持恒溫60min；熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；最終收集產(chǎn)物，即為本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料，本次制備過(guò)程中生物炭的制備原料為玉米秸稈與小麥秸稈按照1：1的進(jìn)行混合物。生物炭與鋼渣的物質(zhì)比例為4:1。

94.實(shí)施例中所使用的粉碎設(shè)備，僅為本發(fā)明中可選用的一種破碎工具，該設(shè)備適用于在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行小規(guī)模使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)粒度大小的需要，任意替換本發(fā)明中所提到的破碎設(shè)備，以達(dá)到上述實(shí)施例及本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的任意粒度的破碎需要，同時(shí)破碎前鋼渣的投料粒徑小于1cm，以上更利于鋼渣的粉碎，在工業(yè)生產(chǎn)中可以采用顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、棒磨機(jī)、微粉磨機(jī)等，同時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選用任何對(duì)生物炭及鋼渣能夠進(jìn)行有效破碎的粉碎設(shè)備進(jìn)行此部分操作。另外，針對(duì)鋼渣及生物炭顆粒市場(chǎng)上容易獲得，實(shí)施例1-4中所述的破碎步驟可以替換為從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)對(duì)應(yīng)粒度的成品鋼渣及生物炭顆粒，實(shí)施例1-4依然可以順利進(jìn)行。

95.為更好的測(cè)定本發(fā)明所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料的吸附性能特別對(duì)本發(fā)明所述吸附材料及一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行吸附量及平衡濃度的測(cè)定，具體的測(cè)定組的原料組成為：

96.1)鋼渣0.5g+玉米秸稈生物炭4g；(進(jìn)行本發(fā)明所述方法處理)

97.2)鋼渣4g+玉米秸稈生物炭0.5g；(進(jìn)行本發(fā)明所述方法處理)

98.3)鋼渣0.25g+玉米秸稈6g；(進(jìn)行簡(jiǎn)單混合)

99.4)鋼渣4g+玉米秸稈0.75g；(進(jìn)行簡(jiǎn)單混合)

100.5)鋼渣10g；(未處理)

101.6)玉米秸稈生物炭10g。(未處理)

102.對(duì)以上各組對(duì)比進(jìn)行廢水中鎘吸附效果的實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，從而繪制各組實(shí)驗(yàn)的吸附cd(ii)的等溫線及吸附cd(ii)的動(dòng)力學(xué)曲線，具體結(jié)果如圖1-圖4，具體的等溫線參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表1及表2。

103.表1制備產(chǎn)物吸附cd(ii)的等溫線參數(shù)

[0104][0105]

表2制備產(chǎn)物吸附cd(ii)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

[0106][0107]

為便于在表格中表達(dá)，物質(zhì)名稱使用縮寫(xiě)形式。

[0108]

從圖1-圖2中可發(fā)現(xiàn)，生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料的吸附量大大高于單一材料的吸附量，并且生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料的吸附量也顯著高于兩種原材料簡(jiǎn)單疊加的吸附量。因此本發(fā)明在吸附性能上，十分顯著的優(yōu)勢(shì)。

[0109]

為了更加清晰的體現(xiàn)本發(fā)明的復(fù)合吸附材料的特點(diǎn)，特別對(duì)本復(fù)合吸附材料進(jìn)行了 xrd分析及sem分析，分析結(jié)果如圖5-圖12。

[0110]

通過(guò)xrd的分析可知，生物炭有鉀鹽和甘氨酸的特征衍射峰；鋼渣的特征衍射峰為鎂鐵氧體或鐵硅氧化物或磁鐵礦，方解石或球霰石和石英；鋼渣：生物炭＝1:8復(fù)合材料的特征衍射峰為石英，鉀鹽和磁鐵礦；表明生物炭-鋼渣(1:8)復(fù)合材料兼具生物炭和鋼渣特性；鋼渣：生物炭(8:1)復(fù)合材料的特征衍射峰為方解石，磁鐵礦和鋅鐵尖晶石，與鋼渣的性質(zhì)明顯不同。

[0111]

而sem圖顯示鋼渣塊狀團(tuán)聚；生物炭為孔隙結(jié)構(gòu)，鋼渣：生物炭(1:8)復(fù)合材料中也出現(xiàn)明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，鋼渣：生物炭(8:1)復(fù)合材料的孔隙明顯更大。與生物炭相比，生物炭-鋼渣復(fù)合材料中的鐵氧化物、碳酸鈣等會(huì)提高材料對(duì)鎘的吸附容量。

[0112]

應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。技術(shù)特征：

1.一種生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，將鋼渣與生物炭混合，先通過(guò)水熱混勻方法，再經(jīng)過(guò)熱解燒結(jié)，獲得產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，包括以下一個(gè)或多個(gè)步驟：s1:將鋼渣與生物炭分別破碎為小顆粒；s2:將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；s3:將s2獲得的小顆粒置于反應(yīng)容器中，加入去離子水，攪拌均勻；s4:將s3中所述的反應(yīng)容器置于水浴中蒸干水分；s5:將反應(yīng)容器放入熱解爐，向熱解爐中通入n2，排出空氣，之后升高熱解爐爐溫；s6:熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入n2，直到熱解爐冷卻至室溫；s7:收集產(chǎn)物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，所述生物炭的原料是玉米秸稈、小麥秸稈、核桃外殼等農(nóng)林廢棄物中的一種或幾種的混合。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，步驟s1所述對(duì)鋼渣與生物炭分別進(jìn)行破碎，生物炭小顆粒的粒度不小于30目，鋼渣小顆粒的粒度不小于800目。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，s3中所述反應(yīng)容器為剛玉坩堝。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，水浴溫度為99℃。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，其特征在于，s5中熱解爐n2通入速度為40ml/min，排出空氣時(shí)間20min，按照10℃/min的速率升至300-430℃、460-600℃，保持恒溫60min。8.根據(jù)權(quán)利要求2-7所述方法制備的吸附材料，其特征在于，鋼渣顆粒嵌入生物炭?jī)?nèi)部孔隙及裂隙。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述方法制備的吸附材料，其特征在于，鋼渣與生物炭的比例為1:8-8:1。10.權(quán)利要求8、9所述的吸附材料，其特征在于，用于水體中鎘的吸附去除。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種生物炭-鋼渣復(fù)合吸附材料制備方法，具體是將鋼渣與生物炭混合，先通過(guò)水熱混勻方法，再經(jīng)過(guò)熱解燒結(jié)，獲得產(chǎn)物。具體步驟為：S1:將鋼渣與生物炭分別破碎為小顆粒；S2:將鋼渣小顆粒與生物炭小顆?；旌?；S3:將S2獲得的小顆粒置于反應(yīng)容器中，加入去離子水，攪拌均勻；S4:將S3中所述的反應(yīng)容器置于水浴中蒸干水分；S5:將反應(yīng)容器放入熱解爐，向熱解爐中通入N2，排出空氣，之后升高熱解爐爐溫；S6:熱解結(jié)束后，持續(xù)向熱解爐通入N2，直到熱解爐冷卻至室溫；S7:收集產(chǎn)物。本發(fā)明在制備過(guò)程中不需要使用任何附加藥劑，降低工藝復(fù)雜度、能量消耗，節(jié)約原料；提高吸附量、吸附穩(wěn)定性、降低吸附平衡時(shí)間；對(duì)鋼渣及生物質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)廢物垃圾再利用。物垃圾再利用。物垃圾再利用。

技術(shù)研發(fā)人員：高鵬 宋九思 賈博文

受保護(hù)的技術(shù)使用者：明正鵬達(dá)（天津）環(huán)?？萍加邢薰?br>
技術(shù)研發(fā)日：2022.04.11

技術(shù)公布日：2022/6/28