一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。本发明专利技术采用预浸渍的方法，通过尿素对生物质进行处理，而后在热解过程中进行活化改性，制备得到尿素改性生物炭。本发明专利技术的尿素改性生物炭的含氮量、对Cr(VI)的去除速率和吸附能力明显高于未改性前的生物炭，具有较高的循环使用性能，绿色节约，使用四次后对Cr(VI)的去除效率仅降低14.73％。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法
本专利技术涉及生物炭
，具体涉及一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。
技术介绍
目前治理铬污染的方法有电解还原法、化学沉淀法、离子交换法、活性炭吸附法、微生物法等。电解还原法由于极板腐蚀、钝化及损耗等问题比较严重，易造成耗电多和处理效果不稳定。化学沉淀法虽简单易行，但处理效果不佳，去除率较低。生物修复处理技术还处于试验论证阶段，对于高浓度富集重金属的生物易于释放重金属的不稳定性还难以实现稳定化处理。目前，对收集的微生物、植物主要采取焚烧填埋的处理方法，容易造成二次污染。吸附法操作简单，处理效果好，而且一些天然的吸附剂如玉米芯子、椰子壳等来源广泛，成本低廉，可以广泛应用于处理含铬废水中。生物炭是一种被广泛使用的吸附材料，是近些年来的研究热点，其制备原料主要是废弃的生物质，例如：木屑渣、畜禽粪便、秸秆、果壳等农林废物以及各种天然生物质、水生植物、藻类、固体垃圾等在缺氧或绝氧环境中，经低温(一般小于700℃)热裂解后生成的一类难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态产物。生物炭的含碳量大概为50％～80％，N、S、O、P等矿质元素含量较少，灰分含量较高。目前研究表明，生物炭对重金属的去除能力有限，对离子的选择性差。因此，需要对生物炭进行改性，提高生物炭的吸附能力。利用化学试剂通过一定的处理技术活化生物炭，是广泛使用的化学改性方法。常见改性试剂包括NaOH、KOH、NH3等碱类、MnOx、ZnCl2等矿物质盐类及H2SO4、H3PO4、HCl等酸类。利用H3PO4进行活化，需要在较高温度下进行，较低温度下活化不足，造成效果降低。而用ZnCl2毒性较高，不宜作为改性剂。NaOH、KOH和Na2CO3会与生物炭的含氧官能团发生反应，导致对重金属的去除效率降低。尿素价格低廉，无毒无害，已被作为化学改性剂修饰生物炭。目前主要用作缓释肥施加到土壤中，降低NH3和NO2的挥发，增加土壤碳储量等，但在重金属污染物处理方面的研究较少。目前，尚未有利用尿素改性生物炭，显著提高生物炭含氮量以及对Cr(VI)进行选择性吸附的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将生物质粉碎，过筛，得到粉碎后的生物质；(2)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合均匀，得到混合原料；(3)将混合原料烘干后，置于马弗炉以5～10℃·min-1的速率升温至650℃并保温1～2h，冷却后得到所述的尿素改性生物炭。目前的研究主要是通过直接活化原始生物炭的方法制备改性生物炭，本专利技术采用预浸渍的方法处理生物质，而后在热解过程中进行活化改性，大幅度的提高了生物炭的含氮量，增加对Cr(VI)的选择性吸附能力。本专利技术制备的尿素改性生物炭利用硝酸对吸附在尿素改性生物炭上的物质进行解吸，具有较高的循环使用性能，绿色节约。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述生物质与尿素的质量比为1:1～5。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述生物质与尿素溶液的混匀时间为24～36h。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述生物质为杨树叶、花生壳、秸秆、玉米芯、果壳中的至少一种。本专利技术还提供了一种根据上述方法制备得到的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的优选实施方式，所述尿素改性生物炭的含氮量为9.89wt％～21.51wt％。本专利技术采用尿素对生物炭进行活化改性，含氮官能团在裂解过程中被引入到生物炭上，生物炭的含氮量最大可以达到21.51％，这是目前研究发现的生物炭含氮量最高的样品。含氮官能团的引入有助于提高生物炭对Cr(VI)的吸附能力。本专利技术还提供了一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，将上述的尿素改性生物炭加入到含Cr(VI)溶液中，吸附时间为20～24h。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述尿素改性生物炭与所述含Cr(VI)溶液的比例为25～30mg:15mL。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述含Cr(VI)溶液还包括可溶性盐，所述含Cr(VI)溶液中可溶性盐的浓度为5～50000mg/L。作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述可溶性盐包括氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸氢二钠中的至少一种。在Cr(VI)溶液中添加不同浓度的SO42-、Cl-、HPO42-、NO3-，尿素改性生物炭对Cr(VI)具有良好的选择性吸附能力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)与通过直接活化原始生物炭制备改性生物炭的方法相比，本专利技术采用预浸渍的方法处理生物质，而后在热解过程中进行活化改性，大幅度的提高了生物炭的含氮量，增加对Cr(VI)的吸附能力。(2)在Cr(VI)与不同浓度的SO42-、Cl-、HPO42-、NO3-共存的情况下，本专利技术制备的尿素改性生物活性炭对Cr(VI)具有较高的吸附量。(3)本专利技术制备的尿素改性生物炭可利用硝酸进行解吸，具有较高的循环使用性能，绿色节约。附图说明图1为实施例1～3和对比例1的生物炭的电子扫描显微镜图；图2为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附动力学曲线；图3为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附等温线；图4为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)与不同浓度SO42-(a)、NO3-(b)、Cl-(c)、HPO42-(d)共存时的去除效率；图5为实施例4的尿素改性生物炭4次循环对Cr(VI)的去除效率图；图中，PB为未改性生物炭；UB1为实施例1的尿素改性生物炭；UB3为实施例2的尿素改性生物炭；UB5为实施例3的尿素改性生物炭。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1作为本专利技术所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的一种实施例，本实施例所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法包括以下步骤：(1)按配比称取杨树叶和尿素；(2)将生物质粉碎至80目，得到粉碎后的生物质；(3)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合，生物质与尿素的质量比为1:1，充分混匀24h，得到混合原料；(4)将混合原料放入105℃烘箱中干燥5h，得到干燥的原料；(5)将所述干燥的原料放入直径为6cm，高为10cm的不锈钢铁罐中，在马弗炉中以5℃·min-1的速率加热至650℃后保持1h，冷却后取出，得到尿素改性生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生物质粉碎，过筛，得到粉碎后的生物质；(2)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合均匀，得到混合原料；(3)将混合原料烘干后，置于马弗炉以5～10℃·min‑1的速率升温至650℃并保温1～2h，冷却后得到所述的尿素改性生物炭。

【技术特征摘要】
1.一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生物质粉碎，过筛，得到粉碎后的生物质；(2)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合均匀，得到混合原料；(3)将混合原料烘干后，置于马弗炉以5～10℃·min-1的速率升温至650℃并保温1～2h，冷却后得到所述的尿素改性生物炭。2.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物质与尿素的质量比为1:1～5。3.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述生物质与尿素溶液的混匀时间为24～36h。4.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物质为杨树叶、花生壳、秸秆、玉米芯、果壳中的至少一种。5.根据权利要求1～4任一项所述方法制备得到的选择性吸附Cr(VI)的尿素...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠，仇荣亮，王诗忠，赵庭婕，卢麒宇，许可，章卫华，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44