本发明属于污水处理，更具体的说是涉及一种净化重金属污水的电石渣改性生物炭及其制备方法。
背景技术：
1、以生物质为原料制备的生物炭具有丰富的孔隙结构、较强的吸附性能、可再生性好，已广泛用于污水处理中，成为最具发展潜力的吸附材料。然而，单纯的生物炭往往吸附效果不佳，特别是存在多种金属离子的污水，一种生物炭往往仅能脱除某一种金属离子。
2、据报道，我国电石渣年产量高达4300万吨，累积量已经超过1亿吨，其中富含54％～72％的ca(oh)2，23％～31％的sio2、al2o3、fe2o3、mg2o3。
3、如果能将电石渣用于改性生物炭，提高它的层间吸附能力，使其容易实现多种重金属离子的吸附，不仅可以将电石渣变废为宝，还能降低污水处理成本，是一项绿色环保的技术。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种净化重金属污水的电石渣改性生物炭及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现电石渣变废为宝，提升生物炭的层间吸附能力，降低污水处理成本。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明技术方案之一：提供一种净化重金属污水的电石渣改性生物炭的制备方法，步骤包括：
4、将电石渣溶于盐酸溶液，搅拌并反应后，经固液分离得到电石渣溶液；
5、将电石渣溶液中加入氢氧化钠(naoh)溶液，搅拌反应后，将沉淀滤出，得到沉淀产物，为电石渣提取物；
6、在预处理的生物质中添加所述电石渣提取物后，放入热解炉内热解制备生物炭；
7、将所述生物炭中加入活化液继续进行活化处理，经离心、洗涤、干燥即得所述电石渣改性生物炭。
8、在高温下电石渣提取物中的ca(oh)2、fe(oh)3、al(oh)3、mg(oh)2分解为fe2o3、cao、al2o3、mgo，利用al2o3作为催化剂载体，较好的支撑和分散fe2o3、cao、mgo催化剂，充分发挥fe2o3的铁磁性功能，氧化分解生物质，增加生物质热解的化学反应速率，降低生物质热解反应所需的活化能。充分发挥mgo对甲烷和二氧化碳的催化作用，使之转化为有用燃料，并使生物炭的成孔率更高，孔隙更富集。充分发挥cao对co2气体的固化作用，降低生物质热解所产生的温室气体效应。利用mgo和其他三种催化剂之间界面相互作用所产生的的协同催化效应，更进一步提高催化活性和稳定性。
9、同时，这些催化剂还会通过插层和表面修饰附着在生物炭中来有效促进其对污水中重金属的吸附作用。在生物质热解过程中，水分和挥发分析出后，生物质表面和内部会出现很多不规则的孔隙，其表面会附着羧基官能团；此外，在各种生物质挥发分充斥的高温环境中，fe2o3、cao、al2o3、mgo表面容易形成羟基官能团，羧基和羟基官能团在酸性环境下容易发生缩合反应，从而促使这些金属氧化物附着或插层在生物炭中，在净化污水的时候这些金属氧化物就会通过吸附和表面作用把污水中的重金属脱除出来。
10、进一步的，所述电石渣的粒径为0.01～0.1mm。
11、进一步的，所述盐酸溶液的浓度为0.5～6mol/l。
12、进一步的，所述naoh溶液的浓度为1～6mol/l。
13、本发明限定的电石渣粒径能够促进电石渣与盐酸溶液发生充分的反应生成氯化钙、氯化铁、氯化铝、氯化镁，而盐酸溶液的浓度选择，可以使得反应比较温和，安全性更高。将强酸分子插入到电石渣粉层间，使电石渣粉转变为氯化钙、氯化铁、氯化铝、氧化镁溶液而溶于水，并利用强酸改变电石渣分子间作用力，提高其中金属粒子的溶解度，是提高电石渣溶液充分转化为ca(cl)2、fe(cl)2、al(cl)3、mg(cl)2溶液的有效措施。
14、进一步的，所述电石渣与所述盐酸溶液的质量/体积比为4g/60～100ml。
15、电石渣首先与盐酸反应，盐酸(hcl)会与电石渣中的cao、feo、al2o3、mgo等反应生成相应的氯化物(如cacl2、fecl2、alcl3、mgcl2)，通过酸洗可以溶解并提取电石渣中的金属元素，同时去除可能存在的杂质。
16、进一步的，所述反应温度为45～65℃。
17、进一步的，所述搅拌时间为45～65min。
18、本发明限定的电石渣溶液中富含氯化钙、氯化铁、氯化铝、氯化镁，而氢氧化钠溶液的浓度选择，可以使得反应更加彻底，安全性更高。将强碱分子与溶液中氯离子发生化学反应生产氯化钠盐，使电石渣溶液转变为氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁沉淀而从水中析出来，是从电石渣溶液中分离提取ca、fe、al、mg离子的有效措施。
19、进一步的，所述电石渣溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1:1～2。
20、进一步的，所述搅拌反应的温度为30～45℃，时间为50～60min。
21、加入氢氧化钠(naoh)溶液，与上述生成的氯化物反应，形成不溶性的氢氧化物沉淀(如ca(oh)2、fe(oh)3、al(oh)3、mg(oh)2)。沉淀物被滤出，保留了电石渣中的金属元素，为后续的生物炭改性提供了原料。
22、进一步的，所述生物质为竹屑和/或木屑。
23、本发明中预处理的生物质是经过破碎、去离子水清洗(料液比30g/200ml，60℃，100min)、干燥(60～70℃，180min)，去除生物质中杂质后，获得的具有一定粒度的生物质。
24、进一步的，所述预处理的生物质的粒径为1～3mm；
25、本发明限定的生物质热解制备生物炭在固定床热解炉内完成，热解炉采用自增压的热解方法，而热解终温、升温速率、热解压力的选择，可以使得生物炭的孔隙率更高。将氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁的沉淀物与生物质以一定配比混合热解，使的生物炭的孔隙率更高，这些金属离子在生物炭上面的附着使得生物炭具备吸附污水中多种金属离子的能力。
26、热解炉采用自增压的热解方法，通过热解压力和热解温度同时提升，促使生物质裂解析出挥发分，其中的碳氢化合物在电石渣提取物催化作用、加压和升温的情况下，进一步分解为h2、co、co2、ch4等小分子气体，这些气体在压力的提升下，在生物炭孔隙内流动，携带电石渣提取物，使这些电石渣提取物中的金属元素更多、更广的分布在生物炭孔隙中，通过电石渣提取物的催化作用使得生物炭孔隙进一步扩大、丰富，提升生物炭的孔隙率和吸附能力。
27、进一步的，所述热解炉热解终温为500～600℃，升温速率为10～15℃/min，压力终压为0.3mpa。
28、预处理过的生物质(如竹屑、木屑)在热解过程中会产生生物炭，这是一种多孔材料，具有较大的表面积和吸附能力。在热解过程中，加入的沉淀产物(氢氧化物)会与生物炭相互作用，金属离子会被固定在生物炭的表面上或孔隙中，增强其对重金属的吸附能力。
29、进一步的，所述沉淀产物与所述生物质的质量比为1～2:20。
30、改性后的生物炭具有更高的孔隙率和更多的活性位点，能更有效地吸附重金属离子，如铬(cr)、铜(cu)等。在实际应用中，改性生物炭可以被投入到含有重金属的污水中，通过物理吸附和化学结合的方式去除这些有害元素。
31、进一步的，所述活化液为naoh溶液或双氧水。
32、优选的，所述naoh溶液的浓度为1～6mol/l；所述双氧水的浓度为3％～7％。
33、在活化液中处理能够有效的脱除生物质热解过程所产生的灰渣，使得生物炭孔隙更加通透，能更好的发挥其吸附功效，同时，利用naoh溶液和双氧水的腐蚀作用，进一步提高生物炭的孔隙率，改善生物炭的孔隙结构，提高生物炭的吸附性能。
34、进一步的，所述活化处理的时间为100～120min。
35、本发明技术方案之二：提供一种由上述制备方法制得的电石渣改性生物炭。
36、本发明技术方案之三：提供一种上述电石渣改性生物炭在净化含重金属污水中的应用。
37、进一步的，所述电石渣改性生物炭在净化含重金属污水中的应用时处理的温度为55～60℃。
38、进一步的，所述电石渣改性生物炭在净化含重金属污水中的应用时处理的时间为50～60min。
39、本发明公开了以下技术效果：
40、本发明通过电石渣对于生物炭的改性，通过插层和表面修饰将电石渣中所含的金属元素mg、ca、al、fe等添加到生物炭中，利用这些金属元素之间的交联作用，提高改性生物炭对重金属污水的净化性能。
41、本发明电石渣改性生物炭具有制备工艺简单、成本低、环保性好、实用性好、吸附性能优良等优点。
42、本发明制备的电石渣改性生物炭存在丰富孔隙，具有较好的吸附性，可作为吸附剂使用，特别是在净化含铬、铜废水中，对于重金属铬、铜等元素的吸附力可达95％以上。
43、本发明的电石渣改性生物炭制剂，将其破碎为纳米级与含铬、铜污水均匀混合，可提高污水中重金属的去除效率。
1.一种净化重金属污水的电石渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电石渣的粒径为0.01～0.1mm；所述盐酸溶液的浓度为0.5～6mol/l；所述氢氧化钠溶液的浓度为1～6mol/l。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电石渣与所述盐酸溶液的质量/体积比为4g/60～100ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质为竹屑和/或木屑；所述反应温度为45～65℃；所述搅拌时间为45～65min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电石渣溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1:1～2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的温度为30～45℃，时间为50～60min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解炉热解终温为500～600℃，升温速率为10～15℃/min，压力终压为0.3～0.4mpa；所述沉淀产物与所述生物质的质量比为1～2:20。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化液为naoh溶液或双氧水；所述活化处理的时间为100～120min。
9.一种如权利要求1～8任一项所述制备方法制得的电石渣改性生物炭。
10.一种如权利要求9所述的电石渣改性生物炭在净化含重金属污水中的应用。
