赤泥是鋁冶煉工業(yè)中產(chǎn)生的一種堿性工業(yè)固體廢物；玉米秸稈是一種農(nóng)業(yè)固體廢物，課題組將二者混合熱解，制備出一種新型功能生物炭復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈上產(chǎn)生的多孔結(jié)構(gòu)，使功能生物炭復(fù)合材料具有去除酸性印染廢水中染料的能力。

記者9月20日從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院研究員吳正巖和張嘉團(tuán)隊(duì)，利用固體廢物赤泥和玉米秸稈研制出一種新型功能化生物炭，并將其應(yīng)用于酸性印染廢水的治理工作。相關(guān)成果已被環(huán)境科學(xué)工程領(lǐng)域核心期刊《清潔生產(chǎn)雜志》接收發(fā)表。

印染廢水是加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品為主的印染廠排出的廢水。每印染加工1噸紡織品耗水100—200噸，其中80%—90%的水會成為廢水。紡織印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、堿性大、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，屬于難處理的工業(yè)廢水之一。

用熱解法將兩種固體廢物制成功能材料

“這完全是課題組的一個突發(fā)奇想，把堿性廢物和酸性污染物放在一起，既去除了污染，又中和了二者的酸堿性。”兼任安徽省環(huán)境毒理與污染控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任的吳正巖告訴科技日報記者。

吳正巖向記者解釋道，赤泥是鋁冶煉工業(yè)中產(chǎn)生的一種堿性工業(yè)固體廢物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國赤泥年產(chǎn)量約8000噸，全球庫存赤泥超過20億噸。赤泥大多被堆積儲存在鋁土礦廢渣處置基地中，造成大量土地資源浪費(fèi)，對周邊的土壤和水體也會形成一定的危害。而玉米秸稈也是一種農(nóng)業(yè)固體廢物，具有量大價廉的特點(diǎn)。

“針對這兩種常見的固體廢物，我們課題組采用二者混合熱解的方法，制備出一種新型功能生物炭復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于酸性印染廢水的處理。”吳正巖表示，制備過程中的熱解溫度“很關(guān)鍵”。“課題組在實(shí)驗(yàn)室里對其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行了研究，充分表征了不同熱解溫度下功能復(fù)合材料制備過程中形貌和組成的變化，以及熱解過程中氣態(tài)產(chǎn)物的變化。”吳正巖說，通過研究發(fā)現(xiàn)，在玉米秸稈上產(chǎn)生的多孔結(jié)構(gòu)，使功能生物炭復(fù)合材料具有去除水中染料的能力。此外，在約700℃的赤泥中，碳酸鈣分解生成了氧化鈣，這就表明功能生物炭復(fù)合材料可用于中和酸性廢水。

實(shí)現(xiàn)廢物回收與廢水處理雙贏

“通過進(jìn)一步的研究，我們確認(rèn)了功能生物炭復(fù)合材料在處理酸性染料廢水中表現(xiàn)出了良好的性能。”吳正巖說，此外，這種功能生物炭復(fù)合材料還具有磁性，這是因?yàn)樵诟邷責(zé)峤鈼l件下，玉米秸稈產(chǎn)生的還原性氣體將赤泥中的鐵氧化物還原為帶有磁性的單質(zhì)鐵。

“我們把這種功能生物炭復(fù)合材料簡稱為生物炭。”吳正巖說，生物炭不但可吸附印染廢水中的染料，同時由于其本身具有磁性，使用完畢后可進(jìn)行磁回收，避免了對環(huán)境的二次污染。此外，該材料還有較強(qiáng)的堿性，在處理酸性印染廢水的過程中，既可中和廢水的酸性，又可消除材料本身的堿性。

吳正巖表示，熱解法制備生物炭的操作過程簡單、成本低廉，只需一步就可以直接完成。而且制備時間短，主體材料制備過程僅為3個小時左右。“我們的制備方法所用的設(shè)備也很簡單、成本不高，中間僅需要極少的人力成本投入。由于我們的原料來源是固體廢物，原料成本僅僅為材料的運(yùn)輸成本，所以整體成本僅為2500—3500元/噸。”

“與其他的酸性染料廢水處理方式相比，我們使用固體廢物制備的生物炭能保證廢水處理效果，并且將固體廢物變廢為寶，既解決了其堆放導(dǎo)致的環(huán)境問題，又創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)收益,實(shí)現(xiàn)了固體廢物回收與酸性染料廢水處理的雙贏。”吳正巖說。

“未來，我們將對該生物炭集中進(jìn)行兩個方向的探索：一是探索該材料更加廣闊的應(yīng)用場景。二是對處理后的廢舊污泥進(jìn)行開發(fā)與應(yīng)用。”吳正巖說。