本发明专利技术涉及一种去除水体中17β‑雌二醇的二氧化锰改性生物炭的制备与应用，生物炭的主要原料为农林废弃物，制备的原料来源广泛，且价格低廉。制备的具体步骤为：将烘干磨成粉末的生物质进行高温煅烧，制得生物炭后，通过改进的默里的合成方法，将二氧化锰纳米颗粒负载在生物炭的表面。本发明专利技术方法制备得到的二氧化锰改性生物炭对水体中的17β‑雌二醇具有较高去除能力。二氧化锰改性生物炭的制备简单价格低廉，是一种廉价高效的吸附剂。并且，二氧化锰的改性显著提高了生物炭的吸附能力，应用潜力较高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境功能材料和水处理新
，具体涉及一种去除水体中17β-雌二醇的二氧化锰改性生物炭的制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，关于外源性化学物质干扰人类和动物的内分泌系统、影响健康和生殖的研究与日俱增。环境雌激素(EnvironmentalEstrogens)是进入环境的一类外源性化学物质，它们进入生物体内后可以通过模拟或阻断天然激素，刺激或抑制激素的生物效应，干扰激素合成、转运及清除等生物过程，改变神经、免疫和内分泌系统的正常调控功能，从而对野生动物和人类健康造成危害。在所有的环境雌激素中，17β-雌二醇是使用范围最广，被研究最多的环境雌激素。17β-雌二醇在水体中较为常见，其危害也较大，即使在极低浓度下也会对生物产生很大的影响。目前，17β-雌二醇进入水环境的途径很多：(1)动物粪便被用作农田肥料从而将内分泌干扰物质带入土壤环境；(2)部分内分泌干扰物质随雨水透过土壤进入地下水；(3)通过生活污水的排放进入水环境；(4)人工养殖场使用外加或人工合成的荷尔蒙等具有促生长作用的激素类物质来提高养殖效率，从而增加了内分泌干扰物质的排放量。然而常规水处理工艺很难将17β-雌二醇从水体中去除，因此急需开发能从水体中有效去除17β-雌二醇的技术方法。其中，吸附法具有设备简单，操作方便，价格低廉和高效等优点，在17β-雌二醇处理中已有应用。但目前使用的吸附剂来源不丰富，吸附剂吸附能力有限。因此，开发出一种来源广泛、廉价并且吸附能力强的吸附剂具有很大的实际应用价值和意义。生物炭是农作物秸秆、木质生物质、动物粪便和固体废物等生物质，在厌氧条件下，通过不同的热处理过程，热解产生的固体碳材料。生物炭施加到土壤中具有改良土壤，提高肥力，和固碳的作用。同时，它使用的原材料比较广泛，而且具备优良的物理化学性质。因此，也常被作为一种低价的吸附剂应用于水体污染物的去除。然而，有限的吸附能力限制了其在实际废水处理中的应用。通过适当的方法将二氧化锰负载在生物炭的表面，制备成复合型的生物炭，能够增加其表面吸附位点，提高生物炭对17β-雌二醇污染物的去除能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对目前17β-雌二醇污染的水体，研究出一种低价、高效的可用于吸附处理17β-雌二醇污染物的二氧化锰改性生物炭材料。本专利技术提出的一种二氧化锰改性生物炭材料的制备方法，是将二氧化锰负载在生物炭表面，以提高生物炭的吸附能力，然后将制得的材料应用于去除水体中的17β-雌二醇污染物。具体步骤如下：(1)生物炭的制备将收集到的农林废弃物原材料反复用清水洗净，再在70℃下烘干24小时。将烘干后的生物质粉碎至粒径小于0.147mm，并过100目筛。再将原材料放入管式气氛炉中热解烧制，热解过程中保持气氛炉的石英管密封，同时向管内以50mL/min的流速通入氮气，以此来保持整个热解过程的厌氧条件。在室温下，10℃/min的升温速率加热上升到580℃，并在此温度条件下持续热解4小时。隔绝空气，自然降温，最后得到生物碳。然后将生物碳取出，用去离子水洗涤3次，置于60℃烘箱内烘干24h待用。(2)二氧化锰改性生物炭的制备首先制备10mg/mL氯化锰溶液，然后将溶液在氮气中纯化20min去除溶解氧(DO)。然后，50mL的MnCl2溶液中加入2g生物炭，并在氮气的净化下，搅拌1h形成生物炭-Mn2+混合物。然后，向含有10mL高锰酸钾(4mM)、氢氧化钠(8mM)的储备液中逐滴加入生物炭-Mn2+混合物，反应过程中以250转/分的转速搅拌。继续搅拌反应20min后，产生生物炭-纳米二氧化锰复合物，将其放在室温(25±1℃)中成长24h。之后，用去离子水洗至中性，在60℃下真空干燥，得到二氧化锰改性生物炭材料。上述制备方法中，管式炉的升温速率为10℃/min，最高温度为580℃，并在此温度条件下持续热解4小时。上述制备方法中，生物质的生物质原材料选用农林废弃物，如秸秆，稻壳，木屑，花生壳等。上述制备方法中，所述生物炭和氯化锰的质量比为1:4，高锰酸钾和氢氧化钠的摩尔比是1:2。利用本专利技术方法制备得到的二氧化锰改性生物炭去除水体中17β-雌二醇污染物。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.生物炭制备的原料为农林废弃物，这些原料来源广泛，而且价格低廉。2.本专利技术的二氧化锰改性生物炭材料的制备方法简单可行，生产速度快周期短，不需要复杂的化工设备，能够实现工业化生产。3.产品无毒，对环境友好。4.本专利技术的二氧化锰改性生物炭对17β-雌二醇污染物的去除效率高。附图说明图1是本专利技术实施例1的二氧化锰改性生物炭的扫描电镜示意图；图2是本专利技术实施例3的二氧化锰改性生物炭对水体中17β-雌二醇的吸附量。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1：一种本专利技术所述的二氧化锰改性生物炭的的生物炭原材料选用农业副产物秸秆，具体制备方法如下：将收集到的原材料用去离子水洗净，在70℃下烘干24小时。将烘干后的材料粉碎至粒径小于0.147mm，并过100目筛。之后，将原材料放入管式气氛炉中热解烧制，热解过程中保持气氛炉的石英管密封，同时向管内以50mL/min的流速通入氮气，以此来保持整个热解过程的厌氧条件。在室温下，10℃/min的升温速率加热上升到580℃，并在此温度条件下持续热解4小时。隔绝空气，自然降温，最后得到生物碳。然后将生物碳取出，用去离子水洗涤3次，置于60℃烘箱内烘干24h待用。其次，制备10mg/mL氯化锰溶液，再将溶液在氮气中纯化20min去除溶解氧(DO)。然后，50mL的MnCl2溶液中加入2g生物炭，并在氮气的净化下，搅拌1h形成生物炭-Mn2+混合物。然后，向含有10mL高锰酸钾(4mM)、氢氧化钠(8mM)的储备液中逐滴加入生物炭-Mn2+混合物，反应过程中以250转/分的转速搅拌。继续搅拌反应20min后，产生生物炭-纳米二氧化锰复合物，将其放在室温(25±1℃)中成长24h。之后，用去离子水洗至中性，在60℃下真空干燥，得到二氧化锰改性生物炭材料。上述制得的二氧化锰改性生物炭外观为黑色。将其置于扫描电镜下观察，其表面结构如图1所示，可以观察到生物炭的表面分布着大量的二氧化锰。实施例2：本专利技术的二氧化锰改性生物炭材料处理水体中的17β-雌二醇，包括以下步骤：分别取0.4～6mg/L17β-雌二醇溶液100mL于锥形瓶中，每个锥形瓶中分别加入5mg生物炭和二氧化锰改性生物炭材料后，置于水浴恒温振荡器中，在25℃条件下反应。24h后，每个锥形瓶分别取10mL溶液进行离心，离心后通过0.45μm滤膜过滤，取滤液于离心管中。采用荧光风光光度计检测反应后的溶液浓度。结果如表1所示：表1：不同17β-雌二醇初始浓度条件下的吸附量数据由表1可知，在不同17β-雌二醇初始浓度条件下，二氧化锰改性生物炭材料对水体中17β-雌二醇的吸附能力比生物炭的强。在初始浓度为0.4mg/L的条件下二氧化锰改性生物炭具有7.67mg/g的吸附量，并随初始浓度增加而增加，到6mg/L的条件下该吸附剂的吸附量达到92.91mg/g。实施例3：本专利技术的二氧化锰改性生物炭材料处理水体中盐17β-雌二醇，包括以下步骤：本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种去除水体中17β‑雌二醇的二氧化锰改性生物炭材料，其特征在于，利用二氧化锰对生物炭进行改性，提高材料的吸附能力。
【技术特征摘要】
1.一种去除水体中17β-雌二醇的二氧化锰改性生物炭材料，其特征在于，利用二氧化锰对生物炭进行改性，提高材料的吸附能力。2.一种如权利要求1所述的一种去除水体中17β-雌二醇的二氧化锰改性生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：将收集到的农林废弃物原材料用去离子水洗净，在70℃下烘干24小时。将烘干后的材料粉碎至粒径小于0.147mm，并过100目筛。之后，将原材料放入管式气氛炉中热解烧制，热解过程中保持气氛炉的石英管密封，同时向管内以50mL/min的流速通入氮气，以此来保持整个热解过程的厌氧条件。在室温下，10℃/min的升温速率加热上升到580℃，并在此温度条件下持续热解4小时。隔绝空气，自然降温，最后得到生物碳。然后将生物碳取出，用去离子水洗涤3次，置于60℃烘箱内烘干24h待用。其次，制备出4mM氯化锰溶液，然后在此溶液中通入氮气，纯化20min以去除溶解氧(DO)。之后，将15mL的MnCl2溶液中加入到2g上述制备好的生物炭中，并在氮气的净化下，搅拌1h形成生物炭-Mn2+复合物。然后，逐滴将生物炭-Mn2+混合物加入到10mL高锰酸钾(4mM)、氢氧化钠...
【专利技术属性】
技术研发人员：江卢华，刘云国，曾光明，刘少博，刘妮，曾志伟，王晓华，宁启蒙，尹志红，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。