近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能所吳正巖和張嘉團隊，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(yīng)用于酸性印染廢水的治理工作。他們的相關(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%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(zhì)變化大等特點，屬難處理的工業(yè)廢水之一，廢水中含有染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、砂類物質(zhì)、無機鹽等，印染廢水處理具有極其重要的地位。

　　這完全是課題組的一個突發(fā)奇想，把種堿性廢物和一種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。中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究員、安徽省環(huán)境毒理與污染控制技術(shù)重點實驗室副主任吳正巖告訴記者。

　　吳正巖說道，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，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，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。

　　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，制備出一種新型生物炭，并將其應(yīng)用于酸性印染廢水的處理。吳正巖研究員告訴記者，之所以采用熱解法制備方法，是因為其最大優(yōu)勢就是原料優(yōu)勢，由于所用材料的所有原料分別是工業(yè)固體廢物赤泥和農(nóng)業(yè)固體廢物玉米秸稈，均為固體廢物。

　　我們通過熱解法制備，得到了一種功能生物炭復(fù)合材料。吳正巖表示，制備過程中的熱解溫度很關(guān)鍵。

　　課題組在實驗室里對其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機理進行了研究，充分表征了不同熱解溫度下功能生物炭復(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)生了多孔結(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。

　　通過進一步的研究，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)出了良好性能。而酸性染料廢水是一種酸性和染料含量高、處理困難的常見工業(yè)廢水。吳正巖說，此外，這種功能生物炭復(fù)合材料還具有磁性，這是因為在高溫?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，他們發(fā)展出的熱解方法制備的生物炭操作過程簡單、成本低廉，只需要一步就可以直接完成制備。不但制備時間短，主體的材料制備過程僅為三個小時左右。我們的制備方法所用的設(shè)備也很簡單，設(shè)備成本不高，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是2500-3500元/噸。

　　與其他的酸性染料廢水處理方式相比，我們研究提出的解決方案，在保證原有廢水處理效果上，使用的原料皆為固體廢物。相比于固體廢物的簡單堆積，這一方法將固體廢物做到物盡其用，廢物利用，不僅解決了固體廢物堆放導(dǎo)致的環(huán)境問題，還創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟收益。可謂是實現(xiàn)了固體廢物回收與酸性染料廢水處理的雙贏。吳正巖表示，這一方法還具有其他領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價值。

　　未來，我們將會集中功能生物炭復(fù)合材料兩個方向的探索：一是探索該材料更加廣闊的應(yīng)用場景，比如說有機污染物廢水等。二是對處理完后廢舊污泥的開發(fā)與應(yīng)用，這樣不僅能帶來新的收益價值，還能完成對固體廢物的深度處理和應(yīng)用。吳正巖說。

　　近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能所吳正巖和張嘉團隊，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(yīng)用于酸性印染廢水的治理工作。他們的相關(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%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(zhì)變化大等特點，屬難處理的工業(yè)廢水之一，廢水中含有染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、砂類物質(zhì)、無機鹽等，印染廢水處理具有極其重要的地位。

　　這完全是課題組的一個突發(fā)奇想，把種堿性廢物和一種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。中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究員、安徽省環(huán)境毒理與污染控制技術(shù)重點實驗室副主任吳正巖告訴記者。

　　吳正巖說道，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，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，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。

　　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，制備出一種新型生物炭，并將其應(yīng)用于酸性印染廢水的處理。吳正巖研究員告訴記者，之所以采用熱解法制備方法，是因為其最大優(yōu)勢就是原料優(yōu)勢，由于所用材料的所有原料分別是工業(yè)固體廢物赤泥和農(nóng)業(yè)固體廢物玉米秸稈，均為固體廢物。

　　我們通過熱解法制備，得到了一種功能生物炭復(fù)合材料。吳正巖表示，制備過程中的熱解溫度很關(guān)鍵。

　　課題組在實驗室里對其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機理進行了研究，充分表征了不同熱解溫度下功能生物炭復(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)生了多孔結(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。

　　通過進一步的研究，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)出了良好性能。而酸性染料廢水是一種酸性和染料含量高、處理困難的常見工業(yè)廢水。吳正巖說，此外，這種功能生物炭復(fù)合材料還具有磁性，這是因為在高溫?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，他們發(fā)展出的熱解方法制備的生物炭操作過程簡單、成本低廉，只需要一步就可以直接完成制備。不但制備時間短，主體的材料制備過程僅為三個小時左右。我們的制備方法所用的設(shè)備也很簡單，設(shè)備成本不高，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是2500-3500元/噸。

　　與其他的酸性染料廢水處理方式相比，我們研究提出的解決方案，在保證原有廢水處理效果上，使用的原料皆為固體廢物。相比于固體廢物的簡單堆積，這一方法將固體廢物做到物盡其用，廢物利用，不僅解決了固體廢物堆放導(dǎo)致的環(huán)境問題，還創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟收益。可謂是實現(xiàn)了固體廢物回收與酸性染料廢水處理的雙贏。吳正巖表示，這一方法還具有其他領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價值。

　　未來，我們將會集中功能生物炭復(fù)合材料兩個方向的探索：一是探索該材料更加廣闊的應(yīng)用場景，比如說有機污染物廢水等。二是對處理完后廢舊污泥的開發(fā)與應(yīng)用，這樣不僅能帶來新的收益價值，還能完成對固體廢物的深度處理和應(yīng)用。吳正巖說。