CN109621895A - 一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，涉及水处理和固废处理技术领域。本发明通过步骤一：将水生植物用含镁离子高盐母液废水进行浸泡改性；步骤二：对浸泡后的水生植物进行炭化，得到改性水生植物生物炭和步骤三：将改性水生植物生物炭加入待处理水体中，即可实现氮磷的去除。本发明通过利用恶性水生植物同含镁离子高盐母液废水混合制备成改性水生植物生物炭，利用了恶性水生植物和含镁离子高盐母液废水，不仅减轻对生态环境的破坏，而且有效的提高了改性水生植物生物炭在水体中氮磷共存情况下的吸附能力，更有利于投入到实际应用中；且制备原材料来源广、成本低廉，制备方法简单易行，便于投入实际生产中。

Description

一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法
技术领域
本发明属于水处理和固废处理技术领域，特别是涉及一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法。
背景技术
水体富营养化的加剧会造成水体中蓝绿藻或恶性水草如空心莲子草、水花生等的大暴发，严重破坏水体生态***，进而导致水生植物死亡，鱼类灭绝。此外，蓝绿藻会产生大量藻毒素，直接威胁人畜饮水安全，危害人类健康。因此，为了人们正常的生产、生活活动，水体富营养化问题急需解决。近年来，植物的水体修复是发展迅速的清除环境污染的绿色技术，该技术主要利用水生植物与其根际的微生物以及环境共同作用处理来实现，使水环境得到有效的治理；
研究表明，生物炭孔隙结构发达，表面负电荷密集并富含大量的羧基、醌基酚羟基等官能团，是一种良好的吸附剂，对有机物和重金属都具有较强的吸附性，且可重复使用；因此，生物炭也被逐渐广泛的用于水体处理中；但简单炭化的植物生物炭吸附能力和效率有限，不能满足大量的水体处理，因此，如何提高植物生物炭的吸附能是亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，包括以下步骤：
步骤一：将水生植物洗净、风干和剪碎后投加到含镁离子高盐母液废水中进行浸泡；
步骤二：水生植物炭化；将步骤一中浸泡后的水生植物取出烘干，再在电炉内限氧炭化，随后过筛、清洗和烘干，制得改性水生植物生物炭；
步骤三：将步骤二得到的改性水生植物生物炭加入待处理水体中即可。
进一步地，所述步骤一中的含镁离子高盐母液废水为采用氧化镁作为缚酸剂制备N,N-二乙基-3-乙酰氨基苯胺过程中产生的废水。
进一步地，所述步骤一中水生植物的加入量为水生植物和含镁离子高盐母液废水总重量的5-20％，浸泡时间为2-12h。
进一步地，所述步骤二中水生植物的烘干温度为70-90℃，炭化温度为200-600℃，炭化时间为1-4h。
进一步地，所述步骤三中改性水生植物生物炭的投加量为1-20g/L；投加后反应时间为1min-48h。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将恶性水生植物同含镁离子高盐母液废水混合制备成改性水生植物生物炭，不仅能资源化利用了恶性水生植物和含镁离子高盐母液废水，减轻其对生态环境的破坏，而且有效的提高了水生植物生物炭的吸附能力，使水体中的氮磷去除更加高效，有效的改善富营养化水体的水质；同时，制备原材料来源广、成本低廉，制备方法简单易行。
2、本发明改性后的水生植物生物炭对的氮磷的吸附效果显著，而且吸附后产物方便回收，不会产生二次污染。
3、本发明的改性水生植物生物炭在水体中氮磷同时存在的情况下吸附效果增加，提高了在复杂水体中的吸附能力，更有利于实际应用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为改性生物炭与未改性生物炭吸附硝态氮的效果对比；
图2为改性生物炭与未改性生物炭吸附铵态氮的效果对比；
图3为改性生物炭与未改性生物炭吸附磷的效果对比；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，包括以下步骤：
步骤一：将水生植物洗净、风干和剪碎后投加到含镁离子高盐母液废水中进行浸泡；
其中，含镁离子高盐母液废水为采用氧化镁作为缚酸剂制备N,N-二乙基-3-乙酰氨基苯胺过程中产生的废水；水生植物为水体中生长繁殖迅速且对水体生态环境具有危害性的水生植物，如空心莲子草、水花生等；水生植物的加入量为水生植物和含镁离子高盐母液废水总重量的5-20％，浸泡时间为2-12h；
优选的，水生植物的加入量为水生植物和含镁离子高盐母液废水总重量的10-12％，浸泡时间为3-4h；
步骤二：水生植物炭化；将步骤一中浸泡后的水生植物取出烘干，再在电炉内限氧炭化，随后过筛、清洗和烘干，制得改性水生植物生物炭；
其中，水生植物的烘干温度为70-90℃，炭化温度为200-600℃，炭化时间为1-4h；优选的，炭化温度为500-600℃，炭化时间为1.5-2.5h；保留0.5-1.5mm直径的水生植物生物炭；
步骤三：将步骤二得到的改性水生植物生物炭加入待处理水体中即可；
其中，改性水生植物生物炭的投加量为1-20g/L；投加后反应时间为1min-48h；优选的，水生植物生物炭的投加量为8-10g/L，反应时间为6-8h。
实施例一
步骤一：将水生植物洗净后自然风干、剪碎，放入含镁离子高盐母液废水中浸泡2h，水生植物的加入量为水生植物和含镁离子高盐母液废水总重量的10％；
步骤二：将步骤一浸泡后的水生植物取出在烘箱内在80℃下烘干；将烘干后的水生植物置于电炉中在600℃下限氧热解炭化2h，自然冷却至室温后取出；过18目筛，用超纯水洗净，放于烘箱中在60℃下烘干，制得改性水生植物生物炭；
步骤三：取改性水生植物生物炭，以8g/L的量分别投加到浓度为100mg/L的硝态氮、铵态氮和磷溶液中，180rpm摇床振荡24h后取出过滤测定，计算改性水生植物生物炭的吸附量，结果如表1.所示。
实施例二
步骤一：同实施例一；
步骤二：将步骤一浸泡后的水生植物取出在烘箱内在80℃下烘干；将烘干后的水生植物置于电炉中在400℃下限氧热解炭化2h，自然冷却至室温后取出；过18目筛，用超纯水洗净，放于烘箱中在60℃下烘干，制得改性水生植物生物炭；
步骤三：取改性水生植物生物炭，以8g/L的量分别投加到浓度为100mg/L的硝态氮、铵态氮和磷溶液中，180rpm摇床振荡24h后取出过滤测定，计算改性水生植物生物炭的吸附量，结果如表2.所示。
对比例一
步骤一：取与实施例一相同的水生植物，洗净、自然风干和剪碎后，直接以实施例一中步骤二的相同条件进行制备，得到未改性的水生植物生物炭；
步骤二：以实施例一中步骤三的相同条件将未改性的水生植物生物炭加入到硝态氮、铵态氮和磷溶液中，计算未改性水生植物生物炭的吸附量，结果如表1.所示。
对比例二
步骤一：取与实施例二相同的水生植物，洗净、自然风干和剪碎后，直接以实施例二中步骤二的相同条件进行制备，得到未改性的水生植物生物炭；
步骤二：以实施例二中步骤三的相同条件将未改性的水生植物生物炭加入到硝态氮、铵态氮和磷溶液中，计算未改性水生植物生物炭的吸附量，结果如表2.所示。
对比例三
将实施例1中的硝态氮、铵态氮和磷配制成混合溶液，三种离子的浓度均为100mg/L；将实施例一制备的改性水生植物生物炭以8g/L的量加入到混合溶液中，180rpm摇床振荡24h后取出过滤测定，计算改性水生植物生物炭的吸附量，结果如表3.所示。
表1.
溶液种类 对比例一(吸附量mg/g) 实施例一(吸附量mg/g)
硝态氮 2.78 3.02
铵态氮 0.31 12.55
磷 10.83 27.60
表2.
溶液种类 对比例二(吸附量mg/g) 实施例二(吸附量mg/g)
硝态氮 1.34 2.89
铵态氮 0.25 8.53
磷 5.34 14.03
表3.
溶液种类 实施例一(吸附量mg/g) 对比例三(吸附量mg/g))
硝态氮 3.02 5.06
铵态氮 12.55 18.46
磷 27.60 49.44
由表1和表2可以看出，通过使用含镁离子高盐母液废水对水生植物进行改性后制备的水生植物生物炭对硝态氮、铵态氮和磷的吸附能力明显大于未进行改性的水生植物生物炭的吸附能力；
由表3可以看出水体中氮磷同时存在的情况下，改性水生植物生物炭的吸附效果增加，提高了在复杂水体中的吸附能力，因此，更有利于投入到实际应用中。
通过将实施例中和对比例中制备的改性和未改性的水生植物生物炭分别投入不同浓度的硝态氮、铵态氮和磷溶液中对吸附量进行计算统计；如图1-3所示，改性后的水生植物活性炭在不同浓度的硝态氮、铵态氮和磷溶液中的吸附能力同样强于未改性的水生植物生物炭，尤其是对铵态氮的吸收效果具有显著的改善；
本发明利用恶性水生植物同含镁离子高盐母液废水混合制备成改性水生植物生物炭，不仅能资源化利用了恶性水生植物和含镁离子高盐母液废水，减轻其对生态环境的破坏，而且有效的提高了水生植物生物炭的吸附能力，尤其在水体中氮磷同时存在的情况下吸附效果得到增加，提高了在复杂水体中的吸附能力，使水体中的氮磷去除更加高效，有效的改善富营养化水体的水质，因此，更有利于投入到实际应用中，同时，制备原材料来源广、成本低廉，制备方法简单易行，便于投入实际生产中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将水生植物洗净、风干和剪碎后投加到含镁离子高盐母液废水中进行浸泡；
步骤二：水生植物炭化；将步骤一中浸泡后的水生植物取出烘干，再在电炉内限氧炭化，随后过筛、清洗和烘干，制得改性水生植物生物炭；
步骤三：将步骤二得到的改性水生植物生物炭加入待处理水体中即可。
2.根据权利要求1所述的利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，其特征在于，所述步骤一中的含镁离子高盐母液废水为采用氧化镁作为缚酸剂制备N,N-二乙基-3-乙酰氨基苯胺过程中产生的废水。
3.根据权利要求1所述的利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，其特征在于，所述步骤一中水生植物的加入量为水生植物和含镁离子高盐母液废水总重量的5-20％，浸泡时间为2-12h。
4.根据权利要求1所述的利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，其特征在于，所述步骤二中水生植物的烘干温度为70-90℃，炭化温度为200-600℃，炭化时间为1-4h。
5.根据权利要求1所述的利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法，其特征在于，所述步骤三中改性水生植物生物炭的投加量为1-20g/L；投加后反应时间为1min-48h。
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