一种生物质炭材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种生物质炭材料及其制备方法和应用，属于吸附材料技术领域，本发明专利技术将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；再将得到的混合物粉末升温至热解炭化温度进行热解，得到生物质炭材料。本发明专利技术利用富钙生物质废弃物中的Ca为有效成分，通过机械球磨和热解相结合的简易加工工艺制备生物质炭。该材料富含吸附正磷酸盐的有效活性点位CaO，无需进行改性，具有优良的孔道结构，吸附量大，pH使用范围广。此外该生物质活性炭主要成分为Ca、C、O、H，对环境无任何危害，适合产业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质炭材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及吸附材料
，特别涉及一种生物质炭材料及其制备方法和应用。
技术介绍
生物质炭是由生物质在无氧或厌氧条件下热解生成的固体材料，因其廉价易得且具备独特的孔道效应与表面反应活性，成为当前吸附剂研究中的热点材料。然而，未经改性的生物质炭作为吸附剂通常对阴离子污染物(如正磷酸盐)的吸附能力有限，需要通过金属盐来改性生物质炭，从而提高该材料对阴离子的吸附性能。目前，关于生物质炭的改性技术通常采用浸渍法，将Fe、Al、La等金属元素负载到生物质炭中。但是上述方法不仅操作流程复杂，而且这些元素在氧化还原或酸性条件下会释放到水体中，并对水生生态系统产生危害，限制了改性生物质炭的应用前景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种生物质炭材料及其制备方法和应用。本专利技术采用植物秸秆和富钙生物质废弃物制备得到的生物质炭材料无需进行改性，且对正磷酸盐具有良好的吸附作用。本专利技术提供了一种生物质炭材料的制备方法，包括以下步骤：1)将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳；2)将步骤1)中得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。优选地，所述步骤1)中混合物粉末的粒径≤0.25mm。优选地，所述步骤2)中升温至热解炭化的温度的升温速率为3～10℃/min。优选地，所述热解炭化的温度为500℃～800℃，所述热解炭化的时间为2～5h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的生物质炭材料，所述生物质炭材料的孔径为6.7～13.06nm，比表面积为8.3～25.81m2/g。本专利技术还提供了上述生物质炭材料在正磷酸盐吸附中的应用。优选地，所述正磷酸为K3PO4、KH2PO4或K2HPO4。优选地，所述生物质炭材料在正磷酸盐吸附时适用的pH值为3～11。优选地，所述物质炭材料在正磷酸盐吸附时的温度为25～45℃。有益技术效果：本专利技术提供了一种生物质炭材料的制备方法，本专利技术将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳；将得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。本专利技术利用富钙生物质废弃物中的Ca为有效成分，富含吸附正磷酸盐的有效活性点位CaO，无需进行改性，且具有优良的孔道结构，吸附量大，pH使用范围广。此外该生物质炭主要成分为Ca、C、O、H，对环境无任何危害，适合产业化应用。实施例数据表明，本专利技术提供的生物质炭材料的吸附量可达256.43mg/g，pH使用范围为3～11。附图说明：图1为实施例2中的生物质炭材料在不同pH下的正磷酸盐吸附量；图2为实施例2中的生物质炭材料在不同温度下的等温吸附曲线；图3为实施例2中的生物质炭材料在不同正磷酸盐形态下的等温吸附曲线；图4为实施例2中的生物质炭材料在不同共存离子下的正磷酸盐吸附性能；图5为实施例2中的生物质炭材料的SEM图；图6为实施例2中的生物质炭材料吸附正磷酸后的SEM图；图7为实施例2中的生物质炭材料吸附正磷酸前后的XRD图；图8为实施例1～4和对比例1中的生物质炭材料在不同正磷酸盐浓度下的吸附性能；图9为实施例1～4和对比例1中的生物质炭材料在不同反应时间下的吸附性能；图10为实施例2中的生物质炭材料和对比例1中的生物质炭材料吸附前和吸附后的FT-IR图像。具体实施方式本专利技术提供了一种生物质炭材料的制备方法，包括以下步骤：1)将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳；2)将步骤1)中得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。本专利技术将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳。在本专利技术中，所述蛋壳优选包括鸡蛋蛋壳、鸭蛋蛋壳、鹅蛋蛋壳或鹌鹑蛋蛋壳。在本专利技术中，所述植物秸秆在使用前优选依次水洗和烘干后进行研磨。本专利技术对水洗的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的水洗方法即可。在本专利技术中，所述烘干的温度优选为70～90℃，更优选为80～85℃。在本专利技术中，所述研磨后的粒径优选为≤0.25mm，更优选为≤0.15mm。在本专利技术中，所述富钙生物质废弃物在使用前优选依次水洗和烘干后进行研磨。本专利技术对水洗的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的水洗方法即可。在本专利技术中，所述烘干的温度优选为70～90℃，更优选为80～85℃。在本专利技术中，所述研磨后的粒径优选为≤0.25mm，更优选为≤0.15mm。在本专利技术中，所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为优选为2:1、1:1、1:2、1:4，更优选为1:1。在本专利技术中，所述混合物粉末的粒径优选为≤0.25mm，更优选为≤0.15mm。得到混合物粉末后，本专利技术将得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。在本专利技术中，所述升温至热解炭化的升温速率优选为3～10℃/min，更优选为5～7℃/min。在本专利技术中，所述热解炭化的温度优选为500～800℃，更优选为700～800℃；所述热解炭化的时间优选为2～5h，更优选为2h。在本专利技术中，所述升温和热解炭化优选为在氮气氛围中进行。在本专利技术中，所述热解炭化后还优选依次包括冷却至室温和研磨。本专利技术对冷却的速率没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的冷却速率即可。在本专利技术中，所述研磨后的粒径优选为≤25mm，更优选为≤0.15mm。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的生物质炭材料，所述炭材料的孔径为6.7～13.06nm，比表面积为8.3～25.81m2/g。本专利技术还提供了上述生物质炭材料在正磷酸盐吸附中的应用。在本专利技术中，所述正磷酸盐优选为K3PO4、KH2PO4或K2HPO4。在本专利技术中，所述生物质炭材料在正磷酸盐吸附时的pH值优选为3～11，更优选为7～10。在本专利技术中，所述物质炭材料在正磷酸盐吸附时的温度优选为25～45℃，更优选为40～45℃。为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1鸡蛋蛋壳购买于食品市场，用去离子水清洗3次，放入烘箱80℃烘干8h，并研磨过50目筛(0.25mm)备用。水稻秸秆来自湖南稻田，用去离子水清洗3次后，放入烘箱80℃烘干8h，研磨过50目(0.25mm)筛备用。称取一定量的前处理好的蛋壳和秸秆粉末，分别以重量比2:1的比例放入球磨罐中，样品总量为20g。同时将ZrO2球(直径0.8cm，总重量60g)置于球磨罐中，并将混合样品在室温(25℃)下球磨30分钟。球磨结束后，将各样品放入石英舟中，并将石英舟置于管式炉，在氮气保护下以5℃/min升温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质炭材料的制备方法，包括以下步骤：1)将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳；2)将步骤1)得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。

【技术特征摘要】
1.一种生物质炭材料的制备方法，包括以下步骤：1)将植物秸秆和富钙生物质废弃物混合后研磨，得到混合物粉末；所述植物秸秆和富钙生物质废弃物的质量比为1～2：1～4；所述植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆或烟草秸秆；所述富钙生物质废弃物包括蛋壳、贝壳、虾壳或蟹壳；2)将步骤1)得到的混合物粉末进行热解炭化，得到生物质炭材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中混合物粉末的粒径≤0.25mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中升温至热解炭化的温度的升温速率为3～10℃/min。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆新华，刘小宁，申锋，
申请(专利权)人：农业部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：天津,12