本申請(qǐng)涉及固廢處理領(lǐng)域，尤其涉及一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和固廢處理方法。
背景技術(shù)：
1、近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)固化/穩(wěn)定化技術(shù)處理重金屬污染工業(yè)固廢進(jìn)行了大量研究，固化/穩(wěn)定化技術(shù)在重金屬?gòu)U渣的處置、填埋中發(fā)揮了重要作用。固化技術(shù)是利用物理、化學(xué)手段將小分子變?yōu)榇蠓肿?，將污染物包裹起?lái)，使得污染物處于穩(wěn)定的狀態(tài)，其中最常用的固化劑是水泥。經(jīng)過(guò)水泥固化后的重金屬固廢，其重金屬的浸出性大大降低。穩(wěn)定化技術(shù)是指通過(guò)向固廢中加入添加劑，使得其中的有害組分通過(guò)吸附、絡(luò)合、氧化還原等方式降低其毒性、溶解性、可遷移性等，從而降低其危害性的處理手段。評(píng)價(jià)穩(wěn)定化效果主要從物理或化學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如抗浸出性、抗?jié)B透性、抗壓性、抗干濕性等，根據(jù)不同的用途選擇不同的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2、目前常見(jiàn)的穩(wěn)定化技術(shù)有：①化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)，即通過(guò)添加化學(xué)藥劑(如還原劑、磷酸鹽、堿性物質(zhì)等)改變重金屬的化學(xué)形態(tài)，降低其遷移性和毒性；②水泥基固化技術(shù)：利用水泥、粉煤灰等膠凝材料將重金屬包裹于固化體中，通過(guò)物理隔離降低浸出毒性。廣泛應(yīng)用于電解錳渣、鉻渣等工業(yè)固廢的填埋前處理，固化體可用于道路填方或建筑材料；③微生物誘導(dǎo)礦化技術(shù)：利用微生物代謝產(chǎn)物或胞外聚合物(eps)誘導(dǎo)重金屬形成穩(wěn)定礦物(如硫化物、磷酸鹽)。
3、但上述穩(wěn)定化技術(shù)均有一定的局限性：例如化學(xué)藥劑成本較高，對(duì)復(fù)合污染(如鎘、砷共存)的協(xié)同穩(wěn)定效果有限，且長(zhǎng)期穩(wěn)定性可能因環(huán)境條件變化(如ph波動(dòng))導(dǎo)致“反溶”風(fēng)險(xiǎn)；水泥固化技術(shù)增容比大(固化后體積增加)，且對(duì)陰離子型重金屬(如砷酸根)的穩(wěn)定效果較差；微生物誘導(dǎo)礦化技術(shù)中微生物活性易受環(huán)境因素(ph、溫度)干擾，修復(fù)周期較長(zhǎng)。
4、與傳統(tǒng)的通過(guò)化學(xué)反應(yīng)降低溶解度的方法，吸附法具有操作簡(jiǎn)單、原料來(lái)源廣、吸附容量大、能量消耗少等特點(diǎn)，其他方法不僅成本高、能耗大，處理不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生二次污染。因此，吸附法已被廣泛用于治理環(huán)境中的污染物，尤其在處理含重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用較多。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和固廢處理方法，以解決上述問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：
3、一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，包括：
4、將生物質(zhì)原料在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行第一熱解得到生物炭；
5、將鐵鹽和亞鐵鹽混合制備得到混合鐵溶液，高錳酸鉀和氫氧化鈉混合得到穩(wěn)定錳氧化前驅(qū)體溶液；將所述穩(wěn)定錳氧化前驅(qū)體溶液滴加至所述混合鐵溶液，在酸性條件下進(jìn)行第一反應(yīng)得到鐵錳混合溶液；
6、將所述鐵錳混合溶液和所述生物炭混合，在中性或堿性條件下進(jìn)行攪拌、超聲分散和靜置老化，固液分離后將固體物進(jìn)行干燥、第二熱解得到所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料。
7、優(yōu)選地，所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
8、(1)所述生物質(zhì)原料包括稻殼、稻桿、玉米秸稈、小麥秸稈和果殼類生物質(zhì)(如花生殼、椰子殼、核桃殼)中的一種或多種；
9、(2)所述第一熱解的溫度為500-700℃，時(shí)間為2-3h；
10、(3)所述第一熱解之后還包括粉碎，所述粉碎得到的生物炭的粒度小于等于100目。
11、優(yōu)選地，所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
12、(1)所述亞鐵鹽包括feso4·7h2o，所述鐵鹽包括fecl3·6h2o；所述feso4·7h2o與所述fecl3·6h2o的摩爾比為(0.8:1)-(1.2:1)，進(jìn)一步優(yōu)選為1:1；
13、(2)所述高錳酸鉀和所述氫氧化鈉的摩爾比為(1:12)-(1:16)，進(jìn)一步優(yōu)選為1:14；
14、(3)所述穩(wěn)定錳氧化前驅(qū)體溶液的ph不低于12；
15、(4)所述酸性條件的ph為3-4.5；
16、(5)所述第一反應(yīng)包括：攪拌0.5-2h，靜置18-36h，進(jìn)一步優(yōu)選為攪拌1h，靜置24h。
17、優(yōu)選地，所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
18、(1)所述生物炭和所述鐵錳混合溶液的質(zhì)量體積比為8-12g：100ml；
19、(2)所述堿性條件的ph不高于8。
20、優(yōu)選地，所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
21、(1)所述攪拌的時(shí)間為0.5-2h，進(jìn)一步優(yōu)選為1h；
22、(2)所述超聲分散的時(shí)間為0.5-1.5h，進(jìn)一步優(yōu)選為1h；
23、(3)所述靜置老化的時(shí)間為12-24h，進(jìn)一步優(yōu)選為18h；
24、(4)所述干燥的溫度為90-120℃，進(jìn)一步優(yōu)選為105℃。
25、優(yōu)選地，所述第二熱解的溫度為300-400℃，時(shí)間為0.5-2h，進(jìn)一步優(yōu)選為350℃、1h。
26、本申請(qǐng)還提供一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料，使用所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法制得。
27、本申請(qǐng)還提供一種所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用，用于重金屬污染處理。
28、本申請(qǐng)還提供一種固廢處理方法，包括：
29、將所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料和固體廢物混合，靜置養(yǎng)護(hù)。
30、優(yōu)選地，所述固廢處理方法滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
31、(1)所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的用量為所述固體廢物的質(zhì)量的3％-7％，進(jìn)一步優(yōu)選為5％；
32、(2)所述生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料和所述固體廢物混合得到的混合物的含水率不低于25％；
33、(3)所述靜置養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為2-7天；
34、(4)所述靜置養(yǎng)護(hù)期間定期翻動(dòng)。
35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果包括：
36、本申請(qǐng)?zhí)峁┑纳锾控?fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料，通過(guò)生物炭與鐵錳氧化物的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)pb、as、cd多金屬?gòu)?fù)合污染固廢的高效穩(wěn)定化，降低其遷移性，使浸出毒性達(dá)到《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(gb?5085.3-2007)限值以下(如pb≤5mg/l、as≤5mg/l、cd≤1mg/l)。較單一化學(xué)藥劑(如磷酸鹽)或傳統(tǒng)水泥固化，本方案對(duì)pb、as、cd的同步穩(wěn)定效率提升40％～60％；生物炭原料來(lái)源于廢棄物，鐵錳氧化物無(wú)毒且可循環(huán)利用，避免二次污染；與現(xiàn)有鐵錳氧化物技術(shù)相比，利用生物炭的微孔結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)增強(qiáng)材料穩(wěn)定性；老化實(shí)驗(yàn)表明，材料在自然環(huán)境中1年內(nèi)重金屬再釋放率＜5％，表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。
1.一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述第二熱解的溫度為300-400℃，時(shí)間為0.5-2h。
7.一種生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料，其特征在于，使用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法制得。
8.一種權(quán)利要求7所述的生物炭負(fù)載鐵錳氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，用于重金屬污染處理。
9.一種固廢處理方法，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固廢處理方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個(gè)或多個(gè)：