科学家利用固体废物赤泥和玉米秸秆研制出新型功能化生物炭

记者9月20日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院研究员吴正岩和张嘉团队，利用固体废物赤泥和玉米秸秆研制出一种新型功能化生物炭，并将其应用于酸性印染废水的治理工作。相关成果已被环境科学工程领域核心期刊《清洁生产杂志》接收发表。

印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。每印染加工1吨纺织品耗水100—200吨，其中80%—90%的水会成为废水。纺织印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水之一。

用热解法将两种固体废物制成功能材料

“这完全是课题组的一个突发奇想，把碱性废物和酸性污染物放在一起，既去除了污染，又中和了二者的酸碱性。”兼任安徽省环境毒理与污染控制技术重点实验室副主任的吴正岩告诉科技日报记者。

吴正岩向记者解释道，赤泥是铝冶炼工业中产生的一种碱性工业固体废物。据统计，我国赤泥年产量约8000吨，全球库存赤泥超过20亿吨。赤泥大多被堆积储存在铝土矿废渣处置基地中，造成大量土地资源浪费，对周边的土壤和水体也会形成一定的危害。而玉米秸秆也是一种农业固体废物，具有量大价廉的特点。

“针对这两种常见的固体废物，我们课题组采用二者混合热解的方法，制备出一种新型功能生物炭复合材料，并将其应用于酸性印染废水的处理。”吴正岩表示，制备过程中的热解温度“很关键”。“课题组在实验室里对其结构转变机理进行了研究，充分表征了不同热解温度下功能复合材料制备过程中形貌和组成的变化，以及热解过程中气态产物的变化。”吴正岩说，通过研究发现，在玉米秸秆上产生的多孔结构，使功能生物炭复合材料具有去除水中染料的能力。此外，在约700℃的赤泥中，碳酸钙分解生成了氧化钙，这就表明功能生物炭复合材料可用于中和酸性废水。

实现废物回收与废水处理双赢

“通过进一步的研究，我们确认了功能生物炭复合材料在处理酸性染料废水中表现出了良好的性能。”吴正岩说，此外，这种功能生物炭复合材料还具有磁性，这是因为在高温热解条件下，玉米秸秆产生的还原性气体将赤泥中的铁氧化物还原为带有磁性的单质铁。

“我们把这种功能生物炭复合材料简称为生物炭。”吴正岩说，生物炭不但可吸附印染废水中的染料，同时由于其本身具有磁性，使用完毕后可进行磁回收，避免了对环境的二次污染。此外，该材料还有较强的碱性，在处理酸性印染废水的过程中，既可中和废水的酸性，又可消除材料本身的碱性。

吴正岩表示，热解法制备生物炭的操作过程简单、成本低廉，只需一步就可以直接完成。而且制备时间短，主体材料制备过程仅为3个小时左右。“我们的制备方法所用的设备也很简单、成本不高，中间仅需要极少的人力成本投入。由于我们的原料来源是固体废物，原料成本仅仅为材料的运输成本，所以整体成本仅为2500—3500元/吨。”

“与其他的酸性染料废水处理方式相比，我们使用固体废物制备的生物炭能保证废水处理效果，并且将固体废物变废为宝，既解决了其堆放导致的环境问题，又创造了一定的经济收益,实现了固体废物回收与酸性染料废水处理的双赢。”吴正岩说。

“未来，我们将对该生物炭集中进行两个方向的探索：一是探索该材料更加广阔的应用场景。二是对处理后的废旧污泥进行开发与应用。”吴正岩说。

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