一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高比表面积虾壳生物质炭的制备方法，步骤包括：将收集的废弃南美白对虾虾壳，用自来水洗净，除去各类杂质，风干干燥，进行升温炭化，与盐酸混合去除灰分，烘干过筛后进行KOH或ZnCl2改性制备虾壳基生物质炭，然后与盐酸混合去除灰分，过滤，滤渣经洗涤干燥，筛分装瓶而得；该生物质炭可用于吸附废水中重金属离子。本发明专利技术的有益效果为：制备方法简单，成本低，所得产品比表面积大，吸附能力强，对质量浓度为10‑400mg/L的含Cr

【技术实现步骤摘要】
一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法
本专利技术涉及生物吸附剂制备
，尤其是涉及一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法。技术背景随着经济的不断发展，环境污染日益严重化，重金属污染事件也越来越频发，如“石门砷毒”、“儿童血铅”、“镉大米”等都作为最受百姓关心的公共卫生安全事件的代表。2009年湖南浏阳中蔬菜镉超标，导致村民中有509人尿液中镉超标。2009年-2011年的“皮革奶”事件，引起广泛的关注。2004年，陕西省龙岭村的各类农产品均受到铅等重金属的不同程度的污染，导致该村成为有名的癌症村。重金属污染严重影响了人们的居住环境，更危害了人们健康。根据美国EPA水质紧急调节的方法，对于水中重金属的祛除常用活性炭吸附法。活性炭是一种高比表面积、大孔容、且表面物理化学性质可调的常见吸附剂。可以根据待除重金属离子的各种特性和外部环境的差异，对活性炭的内部结构及表面性质进行有目的性的改变，使得活性炭能够迅速且高效率的吸附废水中的重金属离子。但使用活性炭处理废水成本较高，大大阻碍了它的实际应用。因此寻找及制备一种对重金属有较好吸附效果的同时能有较高经济及实用价值的吸附剂已是研究热门。生物吸附剂的研究是当今领域研究的一大重点及热点。大量实验研究表明，用不一样的原材料制备得到的生物质吸附剂对各种重金属离子都有较好的吸附性能。生物质作为来源丰富，成本低，去除重金属效果较好的原料，被广泛应用于工业重金属废水处理中。现如今，活性炭广泛应用于中药试剂中，来去除其中含有的重金属离子和色素等，但该活性炭吸附剂对食用安全的要求非常高，很多制备活性炭的材料来源在使用上得不到安全保障，如石墨、粉煤灰等，都存在混杂等问题。因而十分需要寻找到一种安全性高、环保、廉价易得的吸附剂原料。虾壳是一种对环境无害的天然绿色资源，也是来自海洋的一种高分子化合物。且据相关报道，全球每年能产生约300万t虾壳，仅东南亚地区就占60万t，大部分虾壳被废弃，或制成饲料，少部分可用于提取甲壳素，但其制备过程对环境的污染十分严重。因此，虾壳的高值化利用现已成为主要研究热点。虾壳中含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、钙质和几丁质，能通过简单的热分解来制成一种含碳材料，再通过理化方法对其进行活化，适合用于制备高比表面积材料。现有技术如授权公告号为CN104667884B的中国专利技术专利，公开了一种以廉价生物质材料为基础，以壳聚糖为粘结剂，通过表面负载活性炭微粒制备重金属吸附剂的方法，将经过烘干后的蔺草截断，得到长度2mm-5mm的蔺草颗粒作为基材，配制浓度为10g/L-20g/L的壳聚糖溶液，将10g-30g的活性炭粉加入其中，搅拌混合分散均匀，得到活性炭粉分散液，在所述活性炭粉分散液中放入蔺草颗粒，使其浸没，然后加热并搅拌，让活性炭粉分散液中的活性炭微粒沉积到蔺草颗粒的表面，接着过滤分离得到负载了活性炭的蔺草颗粒，再经过烘焙得到所述的一种基于生物质材料的重金属吸附剂；然而该专利技术采用的活性炭粉，其孔隙结构受到限制，制备成本高，不利于工业推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂的制备方法，工艺简单，成本低，所得吸附剂对废水中重金属离子吸附容量高、吸附速率快。本专利技术针对
技术介绍
中提到的问题，采取的技术方案为：一种基于高比表面积虾壳生物质炭的制备方法，具体步骤为：将废弃南美白对虾虾壳用去离子水反复清洗，除去各类杂质，风干干燥，进行升温炭化得虾壳基生物吸附剂；将所得虾壳生物质炭与盐酸混合均匀除去灰分，抽滤后，水洗至中性，烘干，粉碎过筛；用改性剂进行改性制备高比表面积的生物质炭，然后与盐酸混合去除灰分，过滤，滤渣经洗涤干燥，筛分装瓶。优选地，炭化的步骤为：将装有废弃南美白对虾虾壳的方形坩埚，放入管式炉中，通入氮气，确保管式炉内是无氧环境后，以10-12℃/min的速率升温至所需温度并保温所需时间，然后冷却至室温，关闭氮气后取出。更优选地，炭化的步骤中，通入氮气的流速为100-200mL/min，保持时间为0.5-4h；煅烧温度为500-1200℃，煅烧时间为2-6h。优选地，除去灰分所用盐酸的质量浓度为0.1-4mol/L，搅拌时间为0.5-24h。优选地，样品的烘干温度为50-200℃，烘干时间为2-72h。优选地，改性用改性剂为KOH或ZnCl2。优选地，用KOH改性的具体步骤为：将氢氧化钾与虾壳基生物吸附剂按照0.5-5:1的质量比混合均匀，放入研钵进行研磨；将混合物放入管式炉中，通入氮气，流速为100-200mL/min，通入时间0.5-4h，确保管式炉内是无氧环境后，以10-12℃/min的升温速率升温至500-1200℃，并保持1-6h，之后冷却至室温，关闭氮气后拿出；放入装有0.1-4mol/L盐酸的烧杯中，磁力搅拌0.5-24h，抽滤后，水洗至pH值为7，然后将样品在50-200℃环境中进行烘干2-72h，筛分装瓶即得；用KOH改性虾壳生物质炭，不但能中和生物质炭表面酸性基团还具有还原性，能够提高生物质炭表面含氧碱性基团-表面羟基的比含量，增强表面的非极性，从而提高对非极性物质以及重金属离子的吸附性能。更优选地，KOH改性中加入烟酰胺和1-(3-羟基正丙基)环戊醇，加入量为混合物质量的1.5-1.9％，且二者质量比为1-3:1；烟酰胺和1-(3-羟基正丙基)环戊醇的特殊存在之一，有利于在高温下，KOH与一定粒度的虾壳生物质炭充分接触，使得KOH与生物质炭结构中的链烃、环烃等进行一系列的活化反应，生成大量小分子气体而达到造孔的目的，除提高了生物质炭表面微孔的数量，还使得少量微孔扩展为大、中孔，丰富了生物质炭表面孔隙结构，使得孔隙率大大提升，增大了生物质炭对废水中重金属离子的吸附容量；之二能够促进碱性官能团上的质子发生解离，增加负电性官能团的密度，加快吸附重金属离子的速率外，还能减少生物质炭的用量，节约了成本，大大提高了经济效益。优选地，用ZnCl2改性的具体步骤为：在15-40℃条件下，将虾壳基生物吸附剂按照料液比1:1-6放入质量分数为10-60％的ZnCl2溶液中浸泡6-72h，再放于干燥箱中，于50-200℃下进行烘干2-72h；将干燥后的混合物装在坩埚中，放入额定功率为500-1000W的微波炉中进行微波活化5-20min；冷却至室温后，用水洗涤2-20次，然后将洗涤后的样品于50-200℃下干燥2-72h，筛分瓶装即得；用ZnCl2改性得生物质炭比表面积增加，孔道结构中介孔所占比例增大，介孔起到通道的作用，有利于污染物在生物质炭内的传质；进一步采用微波活化，使得生物质炭表面孔隙结构更加均匀，提高了吸附性能。更优选地，改性用ZnCl2溶液的制备方法为：将氯化锌和十二烷基硫酸钠按质量比6-8:1溶解于去离子水中，加入溶液质量7.3-9.1％的邻烯丙氧基苯酚混合得；十二烷基硫酸钠和邻烯丙氧基苯酚具有协同作用，能够调节ZnCl2溶液的电荷极性，使得被活化的生物质炭表面活性位官能团带负电，有利于吸附废水中正电性的重金属离子，从而提高对重金属离子的吸附性。优选地，所制得虾壳生物质炭的用途，在于将所获得虾壳生物质炭与含重金属废水加入到反应器中，常温下进行吸附反应，时间为20-200mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，包括对虾壳基生物吸附剂进行改性，其特征在于：所述改性剂为KOH或ZnCl2。

【技术特征摘要】
1.一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，包括对虾壳基生物吸附剂进行改性，其特征在于：所述改性剂为KOH或ZnCl2。2.根据权利要求1所述的一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，其特征在于：制备具体步骤为：将废弃南美白对虾虾壳用水反复清洗，干燥，进行升温炭化得虾壳基生物吸附剂，将此吸附剂与盐酸混合均匀除去灰分，抽滤后，水洗至中性，烘干，粉碎过筛，用改性剂进行改性，然后与盐酸混合去除灰分，过滤，滤渣经洗涤干燥，筛分装瓶。3.根据权利要求2所述的一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，其特征在于：所述炭化的步骤为：将装有废弃南美白对虾虾壳的方形坩埚，放入管式炉中，通氮气，氮气的流速为100-200mL/min，通入时间为0.5-4h，确保管式炉内是无氧环境后，以10-12℃/min的速率升温至500-1200℃，并保持2-6h，冷却至室温，关闭氮气后取出。4.根据权利要求2所述的一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，其特征在于：所述去灰分的步骤中，使用盐酸的质量浓度为0.1-4mol/L，搅拌时间为0.5-24h。5.根据权利要求1所述的一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法，其特征在于：所述KOH改性步骤为：将氢氧化钾与虾壳基生物吸附剂按照0.5-5:1的质量比混合均匀，研磨，将混合物放入管式炉中，通氮气，流速为100-200mL/min，通入时间0.5-4h，确保管式炉内是无氧环境后，以10-12℃/min的速率升温至500-1200℃，并保持1-6h，之后冷却至室温，关闭氮气后拿出；放入浓度为0.1-4mol/L的盐酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪丽丽，宋亚琴，季小洋，宋文东，郭健，蔡璐，张海龙，王亚宁，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33