废报纸基生物炭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种废报纸基生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将未经任何化学处理的废报纸磨成粉；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，在N2保护下升温至400～600℃，保温1～3h，即得所述废报纸基生物炭。本发明专利技术原料来源广泛、成本低廉、原料未经任何化学处理，不造成污染，制备工艺简单，得到的生物炭表面官能团丰富、灰分含量较多，具有多孔性，有利于吸附，是一种环境友好材料。

Preparation of waste newspaper-based biochar

The invention discloses a preparation method of waste newspaper-based biochar, which comprises the following steps: (1) grinding waste newspaper without any chemical treatment into powder; (2) placing the waste newspaper grinded into powder in a tubular furnace, heating it up to 400-600 C under N2 protection and holding it for 1-3 hours, the waste newspaper-based biochar can be obtained. The biochar has a wide source of raw materials, low cost, no pollution caused by raw materials without any chemical treatment, simple preparation process, abundant functional groups on the surface of biochar, high ash content, porous nature, and is conducive to adsorption, and is an environmentally friendly material.

【技术实现步骤摘要】
废报纸基生物炭的制备方法
本专利技术涉及生物炭领域，具体地说涉及一种废报纸基生物炭的制备方法。
技术介绍
随着全球工业化的推进，治理重金属污染成为世界环境难题之一。重金属污染物主要包括铅、汞、镉、铬、砷、铜、镍、锌等具有一定毒性的物质。污染物主要来自工业排放，如电镀、印染、皮革制造、矿山开采、金属冶炼等，排入水体或土壤，导致严重的环境污染。重金属致癌、致畸且具有不可降解性、生物富集性，可对人类及生物链上的其他生物造成不可逆转的损害。所以，治理重金属污染是一项迫在眉睫的工程。传统的治理方法如离子交换法、化学沉淀法、膜过滤法、反渗透法等能耗大、成本高。吸附法作为一种可行的方法具有简单高效、成本低廉、无二次污染等优点，引起人们的广泛关注。生物炭因其具有多孔结构、比表面积大、含氧官能团丰富、吸附能力强等特点在众多吸附材料中脱颖而出。目前，用于制备生物炭的原料有很多，例如木屑、稻草、竹子、稻壳、松木以及其他木质和纤维素类植物炭以及粪便炭和污泥炭等。生物炭是一种可替代的、高效的、环保的吸附材料，所以利用生物炭去除水中的重金属污染物是一种有发展前景的处理技术。生物炭的性质取决于原材料、热解温度和热解速率等。不同原料的元素含量和木质纤维素组成不同，所制得的生物炭对重金属污染物的吸附能力也有很大差距。所以，寻找性能优越、成本低廉的生物材料仍是一个重要课题。废报纸是一种可生物降解的生活废弃物，含量丰富、成本低廉。且含有大量的纤维素、木质素与半纤维素，是一种生物质资源。与之相比，废报纸的利用只是一些传统的和低价值的，例如回收废纸、制作纸箱、堆肥、动物床上用品和天花板纸砖等。所以，废报纸的高值化利用是一项有意义的工作。而目前为止还没有关于以废报纸制备生物炭的研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无污染，环境友好的废报纸基生物炭的制备方法，该方法制得的废报纸基生物炭吸附性能佳。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：废报纸基生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将未经任何化学处理的废报纸磨成粉；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，在N2保护下升温至400～600℃，保温1～3h，即得所述废报纸基生物炭。进一步地，还包括以下步骤：(3)将所制得的废报纸基生物炭研磨过200目筛，烘干备用。进一步地，原料废报纸的α-纤维素含量为56.56％，总木质素含量为10.44％，综纤维素含量为81.49％。本专利技术的有益效果体现在：1.本专利技术原料来源广泛、成本低廉、制备工艺简单，制得的废报纸基生物炭是一种环境友好材料。2.本专利技术原料未经任何化学处理，不造成污染。3.本专利技术得到的废报纸基生物炭未经化学处理，表面官能团丰富、灰分含量较多，有利于吸附。4.本专利技术得到的废报纸基生物炭具有多孔性。附图说明图1是废报纸基生物炭的扫描电镜图。图2是废报纸基生物炭的傅里叶红外光谱图。图3是废报纸基生物炭的XRD图谱。图4A和B是废报纸基生物炭的吸附动力学图。图5A和B是废报纸基生物炭的吸附等温线图。图6是不同吸附时间对Cu2+吸附的影响。图7是不同吸附浓度对Cu2+吸附的影响。图8是不同吸附pH对Cu2+吸附的影响。图9是不同吸附温度对Cu2+吸附的影响。图10吸附前后废报纸基生物炭的XPS谱图。图11是废报纸基生物炭的氮气吸附-解析曲线图。图12是废报纸基生物炭的孔径尺寸分布。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：以下实施例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品。其中原料废报纸为近期6个月的安徽日报，其α-纤维素含量为56.56％，总木质素含量为10.44％，综纤维素含量为81.49％。实施例1废报纸基生物炭的制备(1)将未经任何化学处理的废报纸球磨成粉，烘干备用；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，以3℃/min的升温速率升至400℃，保温3h，即得所述废报纸基生物炭；(3)将所制得的废报纸基生物炭研磨过200目筛，烘干备用，记为WBC-400。实施例2废报纸基生物炭的制备(1)将未经任何化学处理的废报纸球磨成粉，烘干备用；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，以3℃/min的升温速率升至500℃，保温2h，即得所述废报纸基生物炭；(3)将所制得的废报纸基生物炭研磨过200目筛，烘干备用，记为WBC-500。实施例3废报纸基生物炭的制备(1)将未经任何化学处理的废报纸球磨成粉，烘干备用；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，以3℃/min的升温速率升至600℃，保温1h，即得所述废报纸基生物炭；(3)将所制得的废报纸基生物炭研磨过200目筛，烘干备用，记为WBC-600。实施例4废报纸基生物炭的性能实验4.1分别对实施例1至3制得的废报纸基生物炭进行基本分析，得到的扫描电镜图、红外光谱图和XRD图谱依次见图1至图3，氮气吸附-解析曲线图见图11，孔径尺寸分布见图12，成分见表1。表1由图1可以看出，随着热解温度的增加，表面孔隙结构更加明显，孔径结构更发达。由图2可以看出，三种生物炭在3445和1430cm-1处有相同的吸收峰，3445cm-归属于-OH的伸缩振动，1430cm-1属于CO32-吸收峰。1430cm-1处峰强随着热解温度的升高而增加，归因于生物炭中碳酸盐的含量变化，这与前面的元素分析中Ca含量结果一致。同时，1691cm-1处峰的吸收强度越来越弱，且在600℃热解生物炭中消失，这表明在较高热解温度下，C＝O键容易被热解成气体或者液体副产物，导致羧基和酮类的C＝O(1691和1590cm-1)减少。当热解温度逐渐增加，脂肪族-CH2吸收峰(2922cm-1)逐渐消失，芳香族-CH(875，801cm-1)的振动峰逐渐明显，这表明生物炭中非极性脂肪族官能团的减少，芳香结构增加，与元素分析中H/C变化一致。由图3可以看出，三种生物炭表现出相似的石墨结构和无机结构。在2θ＝29.6°处均存在强烈的结晶峰，归属于CaCO3的结晶峰，并且吸收峰的强度随着热解温度的升高而增加，与红外光谱中1430cm-1和元素分析的结果一致。此外，生物炭中还出现一些结晶物质，如MgCO3，CaMg(CO3)2，NaAlSiO4，ZnO，SiO2，Al2O3等，进一步证实了废报纸基生物炭材料中含有丰富的无机元素。由表1可知，生物炭中C含量随热解温度的升高而增加，从58.85％增加到63.84％。N、H、O在高温下变成挥发分导致其含量减少，分别减少了0.06％、1.41％、7.86％。同时，(N+O)/C和H/C比值分别从0.28降至0.14，从0.06降至0.03，表明随着热解温度的增加生物炭极性下降，芳香性增强，表面变得不亲水。O/C比值减小，说明生物炭的含氧官能团减少。WBC-400，WBC-500和WBC-600三种生物炭的pH分别为8.30、9.66、10.01，均呈碱性；等电点分别为8.64、9.63、10.32。且灰分含量从20.78％增加到25.11％，这可能由于温度升高，有机物含量减少，致使灰分含量的相对值增加。高含量的矿物质元素也将为Cu2+提供丰富的吸附位点，使其能达到高容量吸附。氮气吸附-解析曲线和孔径尺寸分布如图11和12所示，WBC(400-600)的比表面积分别为，8.25、28.724、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.废报纸基生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将未经任何化学处理的废报纸磨成粉；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，在N2保护下升温至400～600℃，保温1～3h，即得所述废报纸基生物炭。

【技术特征摘要】
1.废报纸基生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将未经任何化学处理的废报纸磨成粉；(2)将磨成粉的废报纸置于管式炉中，在N2保护下升温至400～600℃，保温1～3h，即得所述废报纸基生物炭。2.如权利要求1所述的废报纸基生物炭的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：高慧，李文奇，胡蝶，张利萍，关莹，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34