赤泥是鋁冶煉工業中產生的一種堿性工業固體廢物;玉米秸稈是一種農業固體廢物，課題組將二者混合熱解，制備出一種新型功能生物炭復合材料。研究發現，玉米秸稈上產生的多孔結構，使功能生物炭復合材料具有去除酸性印染廢水中染料的能力。
記者9月20日從中國科學院合肥物質科學研究院獲悉，該院研究員吳正巖和張嘉團隊，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，并將其應用于酸性印染廢水的治理工作。相關成果已被環境科學工程領域核心期刊《清潔生產雜志》接收發表。
印染廢水是加工棉、麻、化學纖維及其混紡產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、有機污染物含量高、堿性大、水質變化大等特點，屬于難處理的工業廢水之一。
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。”兼任安徽省環境毒理與污染控制技術重點實驗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，赤泥是鋁冶煉工業中產生的一種堿性工業固體廢物。據統計，我國赤泥年產量約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，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業固體廢物，具有量大價廉的特點。
“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合材料，并將其應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“很關鍵”。“課題組在實驗室里對其結構轉變機理進行了研究，充分表征了不同熱解溫度下功能復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產物的變化。”吳正巖說，通過研究發現，在玉米秸稈上產生的多孔結構，使功能生物炭復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合材料可用于中和酸性廢水。
實現廢物回收與廢水處理雙贏
“通過進一步的研究，我們確認了功能生物炭復合材料在處理酸性染料廢水中表現出了良好的性能。”吳正巖說，此外，這種功能生物炭復合材料還具有磁性，這是因為在高溫熱解條件下，玉米秸稈產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鐵。
“我們把這種功能生物炭復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，使用完畢后可進行磁回收，避免了對環境的二次污染。此外，該材料還有較強的堿性，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，既解決了其堆放導致的環境問題，又創造了一定的經濟收益,實現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行兩個方向的探索：一是探索該材料更加廣闊的應用場景。二是對處理后的廢舊污泥進行開發與應用。”吳正巖說。
(本報記者 吳長鋒)
