一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法技术

本发明专利技术公开一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，属于重金属离子废水处理领域。制备方法为：将羧甲基纤维素与氯化镁混合溶于水中，加热挥发水分形成粘稠的胶液，然后将其滴入无水乙醇溶液中，形成蓬松的中空球形颗粒，然后在氮气保护下热解，最终得到了掺杂纳米氧化镁的多孔生物炭。该复合生物炭对铜、铅、镉等重金属离子具有很好的去除效果，而且制备方法简单、形貌可控、成本低廉。

A preparation method of nano-MgO doped composite biochar

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法
本专利技术设计一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法和应用技术，属于工业污水处理范围，具体的说，是利用该生物碳处理含重金属离子的工业废水，在pH>2的条件下，能对各种重金属离子都具有优秀的去除能力。
技术介绍
电镀、化工、金属冶炼等工厂在实际生产中会产出大量的含铜、铅、镍等重金属离子废水。而目前这类工业废水的主要方法为加碱中和沉降，但处理后的废水中所含重金属离子浓度仍然达不到排放标准，还需进一步的处理。由于纳米氧化镁颗粒表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，因而具有很强的吸附能力，且可在较短时间内达到吸附平衡。但是纳米颗粒有难回收、易团聚的缺点，使其应用受到了限制。本专利技术通过溶胶-凝胶法得到了蓬松的复合生物炭前体，使氯化镁可以均匀的分布在羧甲基纤维素表面上，热解时氯化镁会形成均匀的纳米氧化镁颗粒，并释放出气体会使复合生物炭形成多孔结构，因而该复合生物炭材料中，纳米氧化镁和生物炭可以共同发挥作用，对重金属离子表现出相当优秀的去除能力。中国专利技术专利“一种水葫芦-氧化镁复合生物炭的制备方法及应用”（申请号201611114518.3）中将水葫芦和氧化镁粉末混合均匀，然后将混合物在氮气保护下热解得到复合生物炭，专利“一种氧化镁-稻壳生物炭复合材料的制备方法及应用”（申请号201611114669.9）中将稻壳生物炭与氧化镁悬浮液混合干燥后热解成复合生物炭。但是这两种制备方法所制备的复合生物炭具有氧化镁掺杂不均匀、粒径大等不足，使其与纳米氧化镁材料相比还具有一定的性能差距。本专利技术中使用的溶胶-凝胶法制备复合生物炭前体的方法具有混合均匀、氧化镁形貌可调控的优点，通过这种方法所制备的掺杂纳米氧化镁复合生物炭具有吸附容量大、吸附速率快等优点。
技术实现思路
为了克服纳米氧化镁颗粒易团聚和生物炭对重金属离子吸附效率差的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于溶胶-凝胶法的掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，方法操作简单、成本低廉。本专利技术的另一个目的在于提供一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的应用，本专利技术所述方法制备的吸附剂可以用于含重金属离子废水的处理，对铜、铅离子具有十分优秀的去除能力。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，所述方法如下：（1）将羧甲基纤维素和氯化镁按照一定的质量比混合均匀，然后溶解在水溶液中，并使用机械搅拌将溶液搅拌均匀。（2）步骤（1）中的混合溶液搅拌均匀后，升温加热来挥发掉水分，当溶液粘稠到一定程度后，使用注射器将其滴加到乙醇溶液中，得到蓬松的中空球形颗粒。（3）将步骤（2）中的蓬松颗粒收集干燥后，使用管式炉在氮气保护下，高温热解制备成具有多孔结构的生物炭。所述步骤（1）中羧甲基纤维素与氯化镁的质量比为5:1-20:1，其中羧甲基纤维素与水的剂量比为1g:50mL-1g:100mL；机械搅拌时间为2-5小时。所述步骤（2）中温度为80-95℃；混合溶液体积浓缩到原来的五分之一至十分之一后，使用注射器匀速逐滴滴滴加到无水乙醇中。所述步骤（3）中热解条件为：在管式炉中氮气保护，升温速率为5-10℃/min，在400-700℃下热解1-3小时。有益效果1.本专利技术所述的掺杂纳米氧化镁复合生物炭采用溶胶-凝胶法制备，吸附镁离子后的纤维素会在乙醇中形成多孔的蓬松前体，热解后产生的纳米氧化镁被包覆在多孔生物炭内，使得该材料既具有大比表面积，也保留了纳米氧化镁的吸附性能，因而对重金属离子具有吸附容量大、吸附速率快的特点。2.本专利技术所述的掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法简单，成本低廉，而且只使用水和乙醇作溶剂，对环境没有二次污染。3.在pH>2的条件下，能对重金属离子废水具有相当优秀的去除效果，具有宽泛的酸碱度使用范围，吸附后的复合生物炭材料可直接有氧热解生成金属氧化物，减少了回收过程中的再次污染。附图说明图1是本专利技术制备掺杂纳米氧化镁复合生物炭的流程示意图。图2是根据本专利技术实施例1，得到复合生物炭的SEM图。图3是根据本专利技术实施例4，得到复合生物炭吸附性能随溶液pH的关系图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的内容做进一步说明，但本专利技术不仅仅局限于以下实施例，具体步骤参照各实施例。实施例1（1）分别取5g羧甲基纤维素和1g氯化镁混合均匀，然后溶解在500mL水溶液中，并使用机械搅拌将溶液搅拌均匀。（2）将步骤（1）中的混合溶液使用机械搅拌4小时后，使用水浴升温，加热到85℃来挥发掉水分，当溶液剩余量为200mL时，使用注射器将溶液按照5mL/min的速度逐滴滴加到乙醇溶液中，其中乙醇溶液使用磁力搅拌，滴入乙醇溶液中的液滴会迅速形成蓬松的中空球形颗粒。（3）将步骤（2）中的蓬松颗粒收集干燥后，使用管式炉在氮气保护下，升温速率10℃/min，在500℃下高温热解2小时，制备成具有多孔结构的生物炭，二次水洗涤干燥后备用。实施例2（1）分别取20g羧甲基纤维素和1g氯化镁混合均匀，然后溶解在2000mL水溶液中，并使用机械搅拌将溶液搅拌均匀。（2）将步骤（1）中的混合溶液使用机械搅拌5小时后，使用水浴升温，加热到85℃来挥发掉水分，当溶液剩余量为300mL时，使用注射器将溶液按照5mL/min的速度逐滴滴加到乙醇溶液中，其中乙醇溶液使用磁力搅拌，滴入乙醇溶液中的液滴会迅速形成蓬松的中空球形颗粒。（3）将步骤（2）中的蓬松颗粒收集干燥后，使用管式炉在氮气保护下，升温速率10℃/min，在400℃下高温热解2小时，制备成具有多孔结构的生物炭，二次水洗涤干燥后备用。实施例3测试该复合材料对实际含铜工业废水的吸附效果：从电镀厂得到含铜离子的工业废水，该废水中含有大量的Na+、Cl-、SO42-等离子，使用氢氧化钠将溶液调节至pH=8，过滤掉废水中的沉淀，通过火焰原子吸收方法测试初步处理后的废水铜离子浓度为80mg/L左右。称取0.1g实施例1中制备的复合生物炭装在锥形瓶中，然后加入50mL初步处理的废水，磁力搅拌30分钟后，取上清液检测铜离子剩余量，发现去除率达到99.9%以上。证明该生物炭复合材料能够从体系复杂的工业废水中去除铜离子。实施例4测试该复合材料在不同酸碱度下对铅离子的吸附效果：使用硝酸铅配置pH为2，3，4，5，6，7，8，9的浓度为50mg/L的铅离子溶液。取0.1g实施例1中制备的复合生物炭置于锥形瓶中，然后分别加入50mL不同pH的硝酸铅溶液，磁力搅拌30分钟后，取上清液使用火焰原子吸收法检测铅离子剩余量，去除率如图3所示，证明该材料在较宽的pH值范围内对铅离子都具有很好的去除能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：（1）将羧甲基纤维素和氯化镁按照一定的质量比混合均匀，然后溶解在水溶液中，并使用机械搅拌将溶液搅拌均匀；（2）步骤（1）中的混合溶液搅拌均匀后，升温加热以挥发掉水分，当溶液粘稠到一定程度后，使用注射器将其滴加到乙醇溶液中，得到白色的中空球形颗粒；（3）将步骤（2）中的蓬松颗粒收集干燥后，使用管式炉在氮气保护下，高温热解制备成具有多孔结构的复合生物炭。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：（1）将羧甲基纤维素和氯化镁按照一定的质量比混合均匀，然后溶解在水溶液中，并使用机械搅拌将溶液搅拌均匀；（2）步骤（1）中的混合溶液搅拌均匀后，升温加热以挥发掉水分，当溶液粘稠到一定程度后，使用注射器将其滴加到乙醇溶液中，得到白色的中空球形颗粒；（3）将步骤（2）中的蓬松颗粒收集干燥后，使用管式炉在氮气保护下，高温热解制备成具有多孔结构的复合生物炭。2.根据权利要求1所述的制备掺杂纳米氧化镁复合生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国新，段显南，崔玉，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37