一种生物炭壳聚糖复合材料及其制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种生物炭壳聚糖复合材料及其制法和应用，制备方法包括如下步骤：(a)将生物质材料与可溶性铁盐、硫酸溶液混合得到混合溶液，对混合溶液进行超声处理，然后过滤、干燥，得到生物炭材料初产物BC；(b)通过高温热解初产物得到生物炭材料L‑Fe；(c)将一定质量的壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中形成混合溶液，取一定质量的生物炭材料L‑Fe样品加入到上述混合液中并在水浴锅中进行加热搅拌，调节PH值至碱性并过滤烘干制得生物炭壳聚糖复合材料LC‑Fe。本发明专利技术方法，制作工艺简便，无二次污染，制备得到改性后的生物炭材料对Cr6+和Cu2+的吸附容量大，吸附率高，在废水处理与净化方面有着广泛的应用前景。

Biochar chitosan composite material and its preparation and Application

The invention discloses a biological carbon chitosan composite material and its preparation and application. The preparation method comprises the following steps: (a) mixing a biomass material with a soluble iron salt and a sulfuric acid solution to get a mixed solution, treating the mixed solution by ultrasonic treatment, then filtering and drying, and obtaining the primary product of biological carbon material BC; (b) through high The biochar material L Fe was obtained from the first product of thermo thermal solution; (c) a certain quality chitosan powder was dissolved in the acetic acid solution to form a mixed solution, and a certain quality carbon material L Fe was added to the mixture and heated and stirred in the water bath. LC material Fe. The method has the advantages of simple process and no two pollution. The modified bio carbon material has large adsorption capacity and high adsorption rate for Cr6+ and Cu2+, and has a wide application prospect in wastewater treatment and purification.

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭壳聚糖复合材料及其制法和应用
本专利技术属于材料科学与工程领域，特别涉及一种生物炭壳聚糖复合材料的制备方法及其在吸附水中重金属Cr6+和Cu2+的应用。
技术介绍
随着现代工农业生产的快速发展，重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属加工及化工生产废水等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体，并通过食物链危害人类的生命和健康。更为严重的是重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性及后果严重性等特点。关于重金属污染的治理技术，目前，大都采取沉淀、膜分离、离子交换、吸附等。吸附法大都釆用加入吸附剂的方法，常用的吸附剂比如活性炭、树脂、矿石等，其中生物炭由于其来源广、成本低廉、多孔性等特点而被广泛应用在重金属的吸附。如专利公开号CN105236507A公开了β-环糊精壳聚糖与核桃壳生物炭复合的吸附剂去除废水中六价铬的方法，王旭峰等人(工业水处理.2017年1月.第37卷第1期)用KMnO4改性玉米芯生物炭，并用于吸附水中的Cu2+和氨氮，但这些吸附剂对废水中的重金属Cu2+和Cr6+的吸附容量比较低，较难实现高效的吸附效率，因此制备高的吸附容量的吸附剂成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，通过对生物碳材料的改性，提供一种生物炭壳聚糖复合材料的制备方法，该方法制备的生物炭壳聚糖复合材料具有吸附容量大，吸附率高，可产量化生产，大大提高了污水处理的效率。一种生物炭壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先取清洗、剪碎的丝瓜络与可溶性铁盐进行混合，然后加入H2SO4溶液，所得混合物经超声处理后进行过滤，最后将过滤物进行真空干燥，得到生物炭材料初产物；(2)在700℃～900℃的温度条件下对生物炭材料初产物热解2～4h，并反复洗涤直至中性，得到生物炭材料；(3)取壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中形成混合溶液，将生物炭材料加入到上述混合溶液中并在水浴锅中进行加热搅拌；生物炭材料与壳聚糖的质量比为1:0.25～1:1，滴加NaOH溶液调节水浴锅中的溶液至pH值为8.5～9.5并继续搅拌，最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤、干燥得到生物炭壳聚糖复合材料。优选的，步骤(1)中所述的可溶性铁盐为FeCl3﹒6H2O、Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3中的任意一种或几种，所述的可溶性铁盐的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。优选的，步骤(1)中所述的丝瓜络与可溶性铁盐的质量配比为1:4～1:8。优选的，步骤(1)可溶性铁盐与H2SO4的体积比为2:1～3:1，H2SO4的浓度为0.98mol/L。优选的，步骤(1)中超声处理的时间为2h，频率为100KHz，所述真空干燥的温度为50℃～100℃，时间为8～12h。优选的，步骤(3)中壳聚糖在醋酸溶液中的浓度为2mg/ml～6mg/ml，所述混合溶液的加热温度为40℃～70℃，搅拌时间为0.5h～2h。优选的，步骤(3)中所述的干燥条件是90℃～150℃温度下烘干12h～18h。优选的，步骤(1)制备过程中所有溶液均用氮气吹气5-10分钟，步骤(2)全程在氮气气氛中进行。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术利用天然生物碳进行改性得到具有较大的比表面积(BET比表面积为134.68m2g-1)、发达的孔结构(总孔容0.069cm3/g，微孔孔容0.025cm3/g)和多种表面官能团，有利于吸附重金属离子。(2)通过FeCl3处理的生物炭表面，形成大量孔隙通道，对生物炭进行负磁后使生物炭的比表面积增大，表面凹凸不平，微孔数增多，提供了更多的吸附位点。生物炭表面的官能团与铁离子发生配位反应，形成一种生物炭壳聚糖复合材料，对于溶液中重金属离子具有较好的吸附作用。在吸附之后，已使用过的生物碳壳聚糖复合材料又由于其铁磁特性能够通过磁力吸引很轻易的被收集。(3)本专利技术得到的生物炭壳聚糖复合材料，保留了生物炭的结构，并成功引入了壳聚糖，与生物炭材料相比，生物炭壳聚糖复合材料对水中的Cu2+和Cr6+的吸附效果更为明显，吸附容量更大。(4)本专利技术的制备方法简单且易操作，制备过程耗时短，易规模化生产。附图说明图1为实施例1制备的生物炭壳聚糖复合材料样品的SEM图。图2为实施例2制备的生物炭壳聚糖复合材料样品的SEM图。图3为实施例1、2，3制备的生物炭壳聚糖复合材料样品的XRD图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术做进一步地详细说明，但本专利技术要求的保护范围并不局限于实施例表示的范围。实施例1：取10g粉碎后的丝瓜络与200ml的1.0mol/L的FeCl3﹒6H2O进行混合，然后加入50ml的0.98mol/L的硫酸。所得混合物超声处理2h，频率为100KHz，混合后进行过滤，然后在真空干燥箱中干燥12h(70℃),得到生物炭材料初产物BC。将初产物在氮气氛围下加热至700℃，热解2h,并反复洗涤至中性，得到生物炭材料L-Fe。先将2g的壳聚糖粉末溶于1.75mol/L(纯度98％)的醋酸中，加入2g生物炭材料L-Fe样品至上述醋酸、壳聚糖混合液中，并将化合物在水浴锅中进行加热搅拌(60℃，2h)，直至充分混合。之后，将NaOH溶液滴加到混合物中直至PH＝9，将化合物继续搅拌。最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤，烘干(80℃，8h)备用，便得到最终产物生物炭壳聚糖复合材料样品LC-Fe-1。实施例2：取10g粉碎后的丝瓜络与300ml的1.0mol/L的FeCl3﹒6H2O进行混合，然后加入100ml的0.98mol/L的硫酸。所得混合物超声处理2h，频率为100KHz，混合后进行过滤，然后在真空干燥箱中干燥12h(100℃),得到生物炭材料初产物BC。将初产物在氮气氛围下加热至700℃，热解2h,并反复洗涤至中性得到生物炭材料L-Fe。先将1g的壳聚糖粉末溶于1.75mol/L(纯度98％)的醋酸中，加入2g生物炭材料L-Fe样品至上述醋酸、壳聚糖混合液中，并将化合物在水浴锅中进行加热搅拌(60℃，2h)，直至充分混合。之后，将NaOH溶液滴加到混合物中直至PH＝9，将化合物继续搅拌。最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤，烘干(80℃，8h)备用，便得到最终产物生物炭壳聚糖复合材料样品LC-Fe-2。实施例3：取10g粉碎后的丝瓜络与200ml的1.0mol/L的FeCl3﹒6H2O进行混合，然后加入100ml的0.98mol/L的硫酸。所得混合物超声处理，频率为100KHz，时间为2h，混合后进行过滤，然后在真空干燥箱中干燥12h(50℃),得到生物炭材料初产物BC。将初产物在氮气氛围下加热至700℃，热解2h,并反复洗涤至中性得到生物炭材料L-Fe。先将0.75g的壳聚糖粉末溶于1.75mol/L(纯度98％)的醋酸中，加入1g生物炭材料L-Fe样品至上述醋酸、壳聚糖混合液中，并将化合物在水浴锅中进行加热搅拌(60℃，2h)，直至充分混合。之后，将NaOH溶液滴加到混合物中直至PH＝9，将化合物继续搅拌。最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤，烘干(80℃，8h)备用，便得到最终产物生物炭壳聚糖复合材料样品LC-Fe-3。实例分析：对所得的生物炭壳聚糖复合材料进行SEM电镜扫描，结果如图1、图2所示。由图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物炭壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先取清洗、剪碎的丝瓜络与可溶性铁盐进行混合，然后加入H2SO4溶液，所得混合物经超声处理后进行过滤，最后将过滤物进行真空干燥，得到生物炭材料初产物；(2)在700℃～900℃的温度条件下对生物炭材料初产物热解2～4h，并反复洗涤直至中性，得到生物炭材料；(3)取壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中形成混合溶液，将生物炭材料加入到上述混合溶液中并在水浴锅中进行加热搅拌；生物炭材料与壳聚糖的质量比为1:0.25～1:1，滴加NaOH溶液调节水浴锅中的溶液至pH值为8.5～9.5并继续搅拌，最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤、干燥得到生物炭壳聚糖复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种生物炭壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先取清洗、剪碎的丝瓜络与可溶性铁盐进行混合，然后加入H2SO4溶液，所得混合物经超声处理后进行过滤，最后将过滤物进行真空干燥，得到生物炭材料初产物；(2)在700℃～900℃的温度条件下对生物炭材料初产物热解2～4h，并反复洗涤直至中性，得到生物炭材料；(3)取壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中形成混合溶液，将生物炭材料加入到上述混合溶液中并在水浴锅中进行加热搅拌；生物炭材料与壳聚糖的质量比为1:0.25～1:1，滴加NaOH溶液调节水浴锅中的溶液至pH值为8.5～9.5并继续搅拌，最后将溶液中的不溶物过滤，洗涤、干燥得到生物炭壳聚糖复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的可溶性铁盐为FeCl3﹒6H2O、Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3中的任意一种或几种，所述的可溶性铁盐的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的丝瓜络与可溶性铁盐的质量配比为1:4～1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建华，肖芳芳，游霞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44