一种秸秆基重金属吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种秸秆基重金属吸附材料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种吸附材料的制备方法，包括如下步骤：以秸秆和锰氧化物为原料，在无氧环境中进行热解，得到吸附材料。所述方法制备得到的吸附材料均属于本发明专利技术的保护范围。本发明专利技术还保护所述吸附材料在吸附重金属中的应用。本发明专利技术对于水质净化领域，具有重大的应用前景。

A straw-based heavy metal adsorption material and its preparation method

The invention discloses a straw-based heavy metal adsorption material and a preparation method. The invention provides a preparation method of an adsorbing material, which comprises the following steps: using straw and manganese oxide as raw materials, pyrolysis in an oxygen-free environment to obtain an adsorbing material. The adsorbent material prepared by the method belongs to the protection scope of the present invention. The invention also protects the application of the adsorbing material in adsorbing heavy metals. The invention has great application prospects in the field of water purification.

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆基重金属吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及一种秸秆基重金属吸附材料及其制备方法，具体涉及一种以秸秆为基质的水体重金属高效吸附材料及其制备方法。
技术介绍
秸秆产量大，处理不当将对环境产生严重负面效应。在无氧或控氧条件下加热的热解工艺，可将秸秆中的有机质转化为氢气、甲烷、乙烷等可燃气体，大幅提高能量品位，是一种具有潜在应用价值的秸秆资源化利用方法。秸秆热解后的固态残渣生物炭，具有环境功能，可作为吸附材料净化水体中的杂质。秸秆热解过程需添加催化剂，以强化氢气、甲烷等小分子可燃气体的生成，提高热解产气的热值。选择适当的催化剂，不仅能改善热解产气的高热值组分含量，还可以增强生物炭对重金属的吸附性能。锰氧化物是一类常用的热解催化剂，有助于高温下的脱羧、脱氢反应，同时也可增加重金属离子的亲和力，从而提高水体中重金属离子的吸附效率。但是，生物炭的含锰物质改性方法多以溶液为介质，采用湿法完成，热解前需消耗大量能源脱水、干化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种秸秆基重金属吸附材料及其制备方法。本专利技术提供了一种吸附材料的制备方法，包括如下步骤：以秸秆和锰氧化物为原料，在无氧环境中进行热解，得到吸附材料。所述热解是在无水相介质参与的条件下进行的。所述热解是在非液相条件下进行的。所述热解是在固相条件下进行的。所述方法中，原料混匀。所述方法中，原料机械混匀。所述锰氧化物为Mn2O3、Mn3O4或MnO2。所述秸秆为农作物秸秆。所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或大豆秸秆。所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和大豆秸秆中的两种或三种或四种的混合。所述秸秆的含水率为50％以下。所述秸秆为风干后的秸秆。风干后秸秆的含水率为20％以下，具体为10％以下，更具体为5％以下。所述秸秆为粉碎后的秸秆颗粒物。秸秆颗粒物的粒径为200mm以下。秸秆颗粒物的粒径为0.45mm以下。由锰氧化物提供的锰与秸秆的质量配比为2-100:100。由锰氧化物提供的锰与秸秆的质量配比为2-20:100。由锰氧化物提供的锰与秸秆的质量配比为16-20:100。由锰氧化物提供的锰与秸秆的质量配比为16:100。所述无氧环境可以通过充入惰性气体的方式实现。惰性气体可为氮气、氩气、二氧化碳等。所述无氧环境可以通过燃烧其它可燃物的方式实现。热解参数为：300-1200℃，20-300min。热解参数为：600℃，30min。所述方法还包括如下步骤：将热解后的固态产物进行研磨，得到颗粒物。所述方法还包括如下步骤：将热解后的固态产物进行研磨，过筛(例如40目筛)，得到颗粒物。以上任一所述方法制备得到的吸附材料均属于本专利技术的保护范围。本专利技术还保护所述吸附材料在吸附重金属中的应用。所述重金属为水体中的重金属。所述重金属可为铬。所述重金属为阳离子型重金属离子。所述阳离子型重金属离子可为三价铬离子或六价铬离子。本专利技术在无水相介质参与的条件下，以锰氧化物改性生物炭，制备对水体中重金属离子具有更好净化效果的吸附材料。现有技术中有“将秸秆浸泡于高锰酸钾溶液中，然后超声分散、干燥后再进行煅烧，获得生物炭”的技术方案。将秸秆浸泡于高锰酸钾溶液中是为了让高锰酸钾能够更好的与秸秆混匀，在本专利技术之前，本领域技术人员认为只有这样，才能制备出孔径均匀的生物炭，而如果直接将锰氧化物与秸秆直接进行热解反应，锰氧化物不能均匀的分布于秸秆表面，这样制备出来的生物炭的质地不均匀，吸收重金属的效果不佳。本专利技术的专利技术人，克服技术偏见，不引入水相介质，秸秆直接与锰氧化物机械混合并进行热解反应，制备得到了吸附性能良好的吸附材料。本专利技术提供的方法，原料简单、便于操作、成本低廉。本专利技术对于水质净化领域，具有重大的应用前景。附图说明图1为实施例1的步骤三的结果。图2为实施例1的步骤四的结果。图3为实施例2的步骤二的结果。具体实施方式以下的实施例便于更好地理解本专利技术，但并不限定本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。市售活性炭记为AC。40目筛对应的粒径为0.45mm。实施例中的加热热解均是在水平管式电阻炉中进行的，先以0.3L/min的流速通N2气，然后在气密环境中进行加热热解，然后继续以0.3L/min的流速通N2气直至自然冷却。通N2气的目的为形成无氧环境。实施例1、秸秆基吸附材料的制备和应用一、秸秆基吸附材料的制备1、小麦秸秆取自河北省保定市，风干，风干后含水率为4.7％。2、取步骤1得到的风干后秸秆，粉碎，过40目筛，得到秸秆颗粒物。3、取6g步骤2得到的秸秆颗粒物与Mn2O3搅拌混匀，加热热解(热解温度600℃，热解时间30min)，得到固态产物；研磨固态产物，过40目筛，得到颗粒物，即为秸秆基吸附材料。设置不同的Mn2O3加入量。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比分别设置为2:100、6:100、10:100、16:100和20:100。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比为2:100时，得到的秸秆基吸附材料记作BC-Mn2。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比为6:100时，得到的秸秆基吸附材料记作BC-Mn6。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比为10:100时，得到的秸秆基吸附材料记作BC-Mn10。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比为16:100时，得到的秸秆基吸附材料记作BC-Mn16。由Mn2O3提供的锰与秸秆颗粒物的质量配比为20:100时，得到的秸秆基吸附材料记作BC-Mn20。4、取6g步骤2得到的秸秆颗粒物，加热热解(热解温度600℃，热解时间30min)，得到固态产物；将固态产物进行研磨，过40目筛，得到颗粒物，记作BC-Mn0。二、秸秆基吸附材料的元素组成秸秆基吸附材料的元素组成见表1(％代表质量百分含量)。表1N(％)C(％)H(％)O(％)Mn(％)H/CBC-Mn00.3361.712.322.670.000.038BC-Mn20.0949.921.811.5912.940.036BC-Mn60.0052.061.603.0513.280.031BC-Mn100.0249.081.451.1616.320.030BC-Mn160.0341.971.552.6627.250.037BC-Mn200.0030.621.114.3331.580.036AC0.3262.141.110.150.000.018三、秸秆基吸附材料对Cr(Ⅲ)的吸附效果用硝酸铬(Cr(NO3)3)和去离子水制备Cr(III)溶液。将0.05g秸秆基吸附材料和25mLCr(III)溶液置于40mL样品瓶中，在25℃下恒温震荡24h。以原子吸收光谱仪(AAS，日本岛津AA-6650型)分析初始清液和终止清液中的Cr元素浓度。Cr(III)吸附容量＝(初始清液中的Cr元素浓度-终止清液中的Cr元素浓度)×溶液体积÷秸秆基吸附材料用量÷1000。Cr(III)吸附容量单位为mg/g，Cr元素浓度单位为mg/L，溶液体积单位为mL，秸秆基吸附材料用量单位为g。秸秆基吸附材料分别为：步骤一制备的BC-Mn2、BC-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附材料的制备方法，包括如下步骤：以秸秆和锰氧化物为原料，在无氧环境中进行热解，得到吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种吸附材料的制备方法，包括如下步骤：以秸秆和锰氧化物为原料，在无氧环境中进行热解，得到吸附材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述热解是在无水相介质参与的条件下进行的。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述锰氧化物为Mn2O3、Mn3O4或MnO2。4.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于：所述秸秆为风干后的秸秆。5.如权利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈坦，王洪涛，金军，海浩，龙宇柔，徐安坤，宋姝雯，张中玉，冯林，向航迪，高冰丽，刘彦廷，孟瑞红，李昊，
申请(专利权)人：中央民族大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11