一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法技术

本发明专利技术公开了一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法，属于环境工程领域。以稻壳为原料，在通氮气条件下以5℃min

Preparation of Amino Modified Magnetic Rice Hull Biocharcoal and Its Adsorption of Uranium in Water

The invention discloses a preparation method of amino modified magnetic rice husk biochar and a method for adsorbing uranium in water by using the amino modified magnetic rice husk biochar, which belongs to the field of environmental engineering. Using rice husk as raw material, under the condition of nitrogen supply, the temperature of rice husk was 5 min.

【技术实现步骤摘要】
一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法
本专利技术属于环境工程领域，具体涉及一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其降低水体中铀的方法。
技术介绍
核能作为一种绿色能源已受到世界各国的广泛关注和使用，其中以U(VI)(铀)作为主要核燃料的铀矿开发利用活动日趋频繁，据统计目前全球核铀矿的产量高达200多亿吨。然而，在U(VI)的开发、冶炼及使用过程中会产生大量的含U(VI)废水，由于铀具有放射性同时又难以被降解，直接对生态环境和人类健康构成潜在威胁，因此对含U(VI)废水的有效处置十分迫切和必要。吸附法是一种简单、高效的废水处理方法，近年来已被应用于处理含U(VI)废水。目前，国内外常用的吸附剂有蒙脱石、高岭土、壳聚糖、氧化石墨烯、纳米零价铁及生物炭等。蒙脱石、高岭土作为天然粘土矿物，其内部含有丰富的孔隙结构和表面官能团，对放射性污染物有较强的吸附能力，但天然粘土矿物资源有限，其进一步广泛应用受到限制。壳聚糖、氧化石墨烯、纳米零价铁作为人工合成化合物，具有选择性好、吸附容量高、对污染物的针对性强、可控性好等优点，但其成本高并可能对水体造成二次污染，从而限制了其的广泛使用。生物炭作为一种可实现废弃物资源化利用且环境友好的吸附材料正得到广泛关注，已逐渐成为为水环境中重金属去除要应用和研究的吸附剂。生物炭主要通过农业废弃物如秸秆、稻壳等生物质材料在厌氧热解条件下制备，具有丰富的孔径及较高的比表面积，可以通过孔隙填充、静电吸附、π-π作用等吸附污染物，但由于其表面官能团单一、选择吸附性差等缺点限制了其对特定金属元素的吸附效率和能力，其吸附容量、吸附效率仍旧有待提高，且在对于水体污染修复过程中生物炭的回收再利用仍存在困难，若对生物炭进行适当的功能修饰增加吸附性能和赋予磁性，则可以帮助克服以上不足。近年来，我国也陆续开展了不同生物炭对有重金属的去除技术的开发和研究工作。如CN104226250A公布了一种重金属铜和铬生物炭吸附剂的制备方法及其产品，该技术对于铜、铬有较好的吸附能力，但是该工艺对于温度和原料的粒径要求较高，且蚯蚓粪便原料数量少、获取难，大面积推广价值缺乏。CN108311117公布了一种用于重金属废水处理的磁性生物炭材料及其制备方法，该方法使用了BiFeO3有别于传统磁化材料能够增强生物炭的光催化能力，但在制作BiFeO3时涉及到多个溶液混合及温度控制等步骤，此外还引入了壳聚糖等物质，制备难度加大，成本效益不高。CN106378094A公布了一种氨基载铁复合改性生物炭的制备方法，对水中铜的吸附效果较好，但其制备过程中热解温度高、需调节pH、获得零价铁负载的实际操控难度大，以上对生物炭的稳定性和制备成本上都提出了挑战。目前仍旧缺乏针对水中U(VI)吸附的生物炭材料开发应用的研究，而且基于现有的一些研究和专利，亟待寻求一种制备工艺简单、原料广泛、制备的溶剂或物质容易获取、成本低廉、对U(VI)吸附性能强并具有回收性的改性生物炭。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题针对之前的不足，开发一种吸附容量高、原料广泛、制备工艺简单，成本可控、回收方便、可用于废水中重金属U(VI)吸附的氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备方法，同时提供一种应用于处理废水中重金属U(VI)的方法。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是提供一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备方法，其由以下方法制备得到：A、将收集到的稻壳用超纯水洗净，在干燥箱中烘干至恒重以留备用，烘干温度为65℃。B、将稻壳放入平底瓷轴中放入管式炉中，以5℃min-1在通N2(2mLmin-1)的条件下升温至500℃，保持2h，将热解产物用超纯水洗涤，去除灰分，之后在真空干燥箱内60℃条件下干燥24h，自然降温后，研磨、过筛，获得的固体样品保存在棕色试剂瓶中，记为稻壳生物炭(BC)。C、在冰水浴的条件下，向圆底烧瓶中缓慢加入体积比1：1的浓硫酸与浓硝酸并不断搅拌，搅拌5min后，按照生物炭与混酸1：20的质量比加入步骤B得到的BC继续搅拌2h，之后冷却至室温抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，随后将得到的固体在75℃条件下烘干至恒重，之后将上述反应后的生物炭放入500mL烧杯中，同时加入2.9M氨水和超纯水不断搅拌，接着加入硫代硫酸钠并继续搅拌1h，之后加入冰醋酸加热至80℃，并升温回流2h，然后抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，烘干所得固体样品为氨基修饰生物炭(NBC)。D、将Fe3O4颗粒粉末与C步骤得到的NBC按质量比1：2加入到烧杯中定容至100mL，然后在80℃下搅拌24h，烘干所得固体样品为氨基修饰磁性生物炭(NMBC)。本专利技术还提供了利用上述氨基修饰磁性稻壳生物炭吸附水中U(VI)的方法，包括以下步骤：将氨基修饰磁性稻壳生物炭与含U(VI)废水混合经振荡、过滤得到净化溶液。其中，上诉所述的氨基修饰磁性稻壳生物炭降低水体中U(VI)的方法中，所述含U(VI)废水中浓度为20mgL-1，所添加的氨基修饰磁性稻壳生物炭为0.4g/L。其中，上诉所述的氨基修饰磁性稻壳生物炭降低水体中U(VI)的方法中，所述废水pH值为6，振荡的速率为150rmin-1，温度为25℃。其中，上诉所述的氨基修饰磁性稻壳生物炭降低水体中U(VI)的方法中，所述振荡的时间为2h。本专利技术的有益效果是：制备的氨基修饰磁性稻壳生物炭具有更多的吸附位点，比表面积是改性前稻壳生物炭的2.4倍，孔容度是改性前的12倍。氨基修饰磁性稻壳生物炭表面有Fe3O4颗粒使生物炭表面变得粗糙，从而增大了比表面积，由于修饰过程中浓硫酸及浓硝酸的加入对生物炭表面产生刻蚀作用，使生物炭孔容度增大，氨基修饰磁性稻壳生物炭成功的负载了氨基官能团，修饰后生物炭的各原子比均升高极性、碳化程度及芳香性都比稻壳生物炭高。氨基修饰磁性稻壳生物炭对U(VI)的吸附能力显著提升，最高吸附量可达93.5mgg-1。此外，稻壳是生产水稻常见的数量巨大的废弃物，本专利技术利用氨基修饰磁性稻壳生物炭降低水体中的U(VI)，不仅因地制宜地实现了废弃物再利用，还能够减少废水中U(VI)对自然水体环境中造成影响，具有显著的社会和经济效益。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.选取常见废弃生物质原料稻壳，通过磁化以及氨基修饰，改性后的生物炭的比表面积(121m2g-1)远大于未改性生物炭的比表面积(52.1m2g-1)，孔容率(0.24cm3g-1)远大于未改性生物炭的孔容率(0.02cm3g-1)。2.本专利技术的氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备工艺较为简单，流程更为优化。Fe3O4负载到生物炭上使得表面变得粗糙，有效的增加了比表面积和吸附位点，Fe3O4负载具有磁性利于回收，负载的Fe3O4较为稳定适于改性和实际应用。3.本专利技术证明了氨基修饰磁性稻壳生物炭对U(VI)有很好的吸附效果，在25℃条件下，废水pH＝6时，U(VI)的浓度为20mgL-1，氨基修饰磁性稻壳生物炭的投加量是0.4gL-1，U(VI)的去除率为94.4％，能很好的应用含U(VI)废水的去除。附图说明图1为实施例1中的稻壳生物炭(BC)的扫描电镜图图2为实施例1中的氨基修饰稻壳生物炭(NBC)的扫描电镜图图3为实施例1中的氨基修饰磁性稻壳生物炭(NMBC)的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氨基修饰磁性稻壳生物炭，其特征在于，由以下方法制备得到：A、将收集到的稻壳用超纯水洗净，在干燥箱中烘干至恒重以留备用。B、将稻壳放入平底瓷轴中放入管式炉中，以5℃min‑1在通N2的条件下升温至500℃，保持2h，将热解产物用超纯水洗涤，去除灰分，之后在真空干燥箱内60℃条件下干燥24h，自然降温后，研磨、过筛，获得的固体样品保存在棕色试剂瓶中，记为稻壳生物炭(BC)。C、在冰水浴的条件下，向圆底烧瓶中缓慢加入体积比1：1的浓硫酸与浓硝酸并不断搅拌，搅拌5min后，按照生物炭与混酸1：20的质量比加入步骤B得到的BC继续搅拌2h，之后冷却至室温抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，随后将得到的固体在75℃条件下烘干至恒重，之后将上述反应后的生物炭放入500mL烧杯中，同时加入氨水和超纯水不断搅拌，接着加入硫代硫酸钠并继续搅拌1h，之后加入冰醋酸加热至80℃，并升温回流2h，然后抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，烘干所得固体样品为氨基修饰生物炭(NBC)。D、将Fe3O4颗粒粉末与C步骤得到的NBC加入到烧杯中定容至100mL，然后在80℃下搅拌24h，烘干所得固体样品为氨基修饰磁性生物炭(NMBC)。...

【技术特征摘要】
1.氨基修饰磁性稻壳生物炭，其特征在于，由以下方法制备得到：A、将收集到的稻壳用超纯水洗净，在干燥箱中烘干至恒重以留备用。B、将稻壳放入平底瓷轴中放入管式炉中，以5℃min-1在通N2的条件下升温至500℃，保持2h，将热解产物用超纯水洗涤，去除灰分，之后在真空干燥箱内60℃条件下干燥24h，自然降温后，研磨、过筛，获得的固体样品保存在棕色试剂瓶中，记为稻壳生物炭(BC)。C、在冰水浴的条件下，向圆底烧瓶中缓慢加入体积比1：1的浓硫酸与浓硝酸并不断搅拌，搅拌5min后，按照生物炭与混酸1：20的质量比加入步骤B得到的BC继续搅拌2h，之后冷却至室温抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，随后将得到的固体在75℃条件下烘干至恒重，之后将上述反应后的生物炭放入500mL烧杯中，同时加入氨水和超纯水不断搅拌，接着加入硫代硫酸钠并继续搅拌1h，之后加入冰醋酸加热至80℃，并升温回流2h，然后抽滤，用超纯水和乙醇反复洗涤直至中性，烘干所得固体样品为氨基修饰生物炭(NBC)。D、将Fe3O4颗粒粉末与C步骤得到的NBC加入到烧杯中定容至100mL，然后在80℃下搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，史江红，刘庆伟，张梦涛，王淑娟，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44