摘 要：本发明公开了一种净化含镉废水的苎麻生物炭及其制备方法和应用，其以苎麻秸秆、叶为原材料制备生物炭，首先制备苎麻秸秆、叶粉末，然后在厌氧的环境下制备苎麻秸秆和苎麻叶生物炭。利用本发明方法制备的苎麻生物炭廉价易得，操作简便，对水体中重金属镉有较好的吸附效果，对于重金属污染水体有较好的修复作用。
技术要点
1.一种净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采集苎麻植株，将苎麻秸秆和苎麻叶片分离；
步骤二，将分离后的苎麻秸秆与苎麻叶片洗净烘干；
步骤三，将烘干后的苎麻秸秆和苎麻叶打碎成粉末；
步骤四，将打碎的苎麻秸秆和苎麻叶粉末转移至坩埚并分别置于马弗炉中，升温至500℃恒温1h；待坩埚冷却后取出，并使用超纯水清洗生物炭，烘干，制备苎麻秸秆生物炭(J)和苎麻叶生物炭(Y)。
2.如权利要求1所述的净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤三中苎麻秸秆和苎麻叶粉末需过80目筛。
3.如权利要求1所述的净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法苎麻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤四的马弗炉中必须充氮气，且马弗炉按10℃·min-1的速率升温至500℃。
4.一种权利要求1－3中任一项所述净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法制备的苎麻生物炭。
5.一种权利要求1－4中任一项所述净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法制备的苎麻生物炭在重金属镉污染水体中的应用。
技术领域
本发明涉及一种净化含镉废水的苎麻生物炭及其制备方法和应用。
背景技术
镉是一种对环境危害大且生物非必需的重金属元素，在水体中重金属难降解性， 且极易通过生物链在人体内富集，对人体造成伤害，水体重金属的治理已经刻不容缓。当前水体重金属去除的主要方法有吸附法、膜分离法、离子交换法、生物法等，吸附法因其独特的性质成为人们的广泛关注的焦点，而吸附材料的选取则是吸附法治理水体重金属的重中之重。生物炭因其比表面积大，来源广泛，兼具一定的废品资源化利用的优势进入人们的视野。
苎麻作为南方的一种常见作物，自古以来都是重要纤维作物之一，中国苎麻产量约占全世界苎麻产量的90％以上。有研究表明，苎麻对土壤中的重金属有一定的富集能力，因此，苎麻在南方大面积的推广种植进行土壤污染的修复，但是这也一定限制了苎麻叶的用途。使用苎麻叶烧制生物炭，用于去除水体中的重金属，制备生成苎麻基生物炭用于水体中重金属的去除，对于修复水体重金属具有重要意义，同时对苎麻的资源化利用提供重要的参考。
中国专利CN102126723A公开了一种利用苎麻麻杆制备活性炭点方法，其通过两次碳化程序与溶液浸渍相结合制备出了活性炭，其活性炭表现出优异的碘吸附和亚甲基兰吸附值，但并没有表现出对重金属镉的吸附值高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种清洁、安全、易于获取、价格低廉的，能处理重金属镉污染水体的苎麻叶生物炭及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法包括以下步骤：
步骤一，收集苎麻植物，使用剪刀将其茎、叶分离；
步骤二，将分离后的苎麻秸秆与苎麻叶片洗净烘干；
步骤三，将烘干后的苎麻秸秆和苎麻叶分别打碎成粉末；
步骤四，将打碎的苎麻秸秆和苎麻叶粉末转移至坩埚并分别置于马弗炉中，升温至500℃恒温1h；待坩埚冷却后取出，并使用超纯水清洗生物炭，烘干，制备得到苎麻秸秆生物炭J和苎麻叶生物炭Y。
本发明通过直接在马弗炉中碳化得到苎麻秸秆与苎麻叶片制成的苎麻生物炭，因其具有丰富的官能团及优异表面结构，在其应用于去除水体中的重金属镉时，苎麻生物炭表现出较高的镉离子吸附值，对于修复镉污染水体具有重要意义，同时对苎麻的资源化利用提供了重要的参考。
优选地，步骤三中苎麻秸秆和苎麻叶粉末需过80目筛。
优选地，步骤四的马弗炉中必须充氮气，且马弗炉按10℃·min-1的速率升温至500℃。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述苎麻生物炭的制备方法制备的苎麻生物炭。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述苎麻生物炭的制备方法制备的苎麻生物炭在重金属镉污染水体中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明对苎麻秸秆和苎麻叶进行了农业废弃物的重新利用，制备出的生物炭用于水体中的重金属镉的吸附去除，并具有优异的吸附性能。
附图说明
图1是本发明实施例1的苎麻秸秆生物炭J和苎麻叶生物炭Y的扫描电镜图，其中左图为苎麻秸秆生物炭，右图为苎麻叶生物炭；
图2是本发明实施例1的苎麻秸秆生物炭J和苎麻叶生物炭Y投加量对水体中重金属吸附性能影响，其中白色柱状代表苎麻秸秆生物炭J，网格为苎麻叶生物炭Y；
图3是本发明实施例1的苎麻秸秆生物炭J和苎麻叶生物炭Y在不同初始浓度下等温模型拟合，其中左图为苎麻秸秆生物炭，右图为苎麻叶生物炭。
具体实施方式
实例例1：
本发明净化含镉废水的苎麻生物炭的制备方法实施例一包括如下步骤：
步骤一，采集苎麻植株，将苎麻秸秆和苎麻叶片分离；
步骤二，将分离后的苎麻秸秆与苎麻叶片洗净烘干；
步骤三，将烘干后的苎麻秸秆和苎麻叶分别打碎成粉末，并过80目筛；
步骤四，称取一定量的过筛后苎麻秸秆、叶粉末分别放入一50ml瓷坩埚中，使其充满整个坩埚，并加盖密封，再将两个加盖密封的坩埚分别置于马弗炉中，充入氮气，按10℃·min-1的速率升温至500℃并恒温1h，并保证使苎麻粉末受热均匀、充分，待完全碳化结束，坩埚冷却后取出，使用去离子水清洗至滤出液为中性，烘干，研磨后过150μm孔径筛，得到苎麻秸秆生物炭J和苎麻叶生物炭Y。
上述制得的苎麻秸秆生物炭J，苎麻叶生物炭Y的外表均呈黑色，如图1的SEM图像中可以看出，苎麻秸秆生物炭(左图)表面较为平滑，具有明显的管束状结构，其表面分布着一定的孔隙；苎麻叶生物炭(右图)呈团型结构，疏松多孔，较苎麻秸秆生物炭有更大的比表面积。
实例例2：投加量对水体中的重金属的去除
准确称量0 .025、0 .05、0 .1、0 .2、0 .3、0 .4g的生物炭材料，放入50ml锥形瓶中，同时加入初始浓度为10mg·L-1镉含量的溶液30ml。用稀盐酸和稀氢氧化钠调节溶液pH为7，用水浴恒温振荡器在温度为298K的情况下，震荡8h，达到吸附平衡后，用离心机离心15分钟，用定量滤纸过滤。每组做三个平行对照试验，用ICP-OES测量镉含量。
由图2可知，在初始浓度恒定时，吸附材料的吸附位点会随投加量的增加而增加，吸附去除率也随之增高，最终趋于平稳的状态，吸附去除率接近百分之百。
实例例3：等温吸附实验拟合
称量11组0 .05g生物炭材料，放入50ml锥形瓶中，加入不同初始浓度的镉含量的溶液30ml，分别加入1、5、10、15、30、60、100、120、150、200、225mg·L-1。用稀盐酸和稀氢氧化钠调节溶液pH为7，用水浴恒温振荡器在温度为298K的情况下,震荡8h ,达到吸附平衡后，用离心机离心15分钟，用定量滤纸过滤。每组做三个平行对照试验，用ICP-OES测量镉含量。
苎麻秸秆生物炭和苎麻叶生物炭经Langmuir模型和Freundlich模型拟合后的参数如表1所示。由表1可知两种生物炭Langmuir模型的准确系数均大于Freundlich模型，这说明Langmuir模型能更好的模拟两种生物炭的吸附过程，且两种生物炭在吸附水中Cd2+的过程中以单分子层吸附为主，苎麻秸秆生物炭和苎麻叶生物炭对Cd2+的吸附量分别为36 .41mg·g-1和133 .05mg·g-1。同时由图3可知，随着平衡吸附量的增加，吸附量也随之增加。
表1 等温吸附实验拟合参数
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。
图1
图2
图3
摘自国家发明专利，发明人：铁柏清，李丹阳，黄薪铭，申请号202010600965 .X，申请日2020 .08 .21
