一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法技术

一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）稻壳破碎；（2）制备生物质炭硅；（3）生物质炭硅除硅；（4）生物质炭硅改性；（5）制备改性生物质炭硅；（6）酸洗除杂。本发明专利技术工艺操作简单、所需仪器设备成本低，反应条件易行，有利于吸附剂的大规模生产与应用；利用稻壳为主要原材料，既实现了稻壳的资源化利用，又降低生产成本，变废为宝，并在一定程度上并提高了吸附剂各项性能指标；所得到的改性稻壳基炭/炭硅吸附剂尤其是对含铬废水的处理具有较好的效果。

Preparation of a Modified Rice Husk-based Carbon/Carbon Silicon Adsorbent

【技术实现步骤摘要】
一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法
本专利技术涉及一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，具体地说，是涉及一种利用农业废弃物稻壳为主要原材料制备具有改性稻壳基炭/炭硅吸附剂。
技术介绍
源于光合作用的生物质是地球上广泛存在且种类繁多的可再生资源，它既可以提供能源也能够转化为新材料。因此开发低廉有效地生物吸附剂处理重金属废水方法已经成为研究热点。其中农林废弃物主要是指农林生物质，如锯末、木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆和稻壳等）材料、动物皮毛等。农林生物质尤其是植物类物质，其细胞所具有的细胞壁结构，使其在富集重金属方面具有一定优势，被广泛用于含铬废水的处理。稻壳作为稻谷加工后的副产品(俗称粗糠)，占稻谷子粒质量的18～22%，而我国作为水稻种植大国，稻谷的产量非常大，所以这是一种巨大的可再生资源。稻壳主要成分是纤维素和木质素类物质及少量不为畜禽类消化吸收的粗蛋白质，属于结构紧密的伸展蛋白质，很难分解，但相较于其他农业废弃物，稻壳中含有14～16%SiO2，并且以网络状分布其中，起着骨架的作用，木质素、纤维素等填充其中，稻壳活性炭中的C和SiO2都有很好的吸附能力。用稻壳制取的吸附剂有丰富的微孔、中孔和大孔，对重金属离子有良好的吸附作用，又由于生物吸附剂对大量金属离子如K+、Na+、Ca2+、Mg2+不吸附或弱吸附，因此在有选择性去除水体中的重金属方面有应用前景。CN104815615A公开了一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备：首先将稻壳进行除杂热解制得稻壳炭，再用Na2CO3溶液处理稻壳炭，过滤后的滤渣经碱和水蒸气集成活化制得脱硅稻壳活性炭，滤液及洗液中通入CO2制备稻壳基硅胶；稻壳基硅胶再进行疏水化改性并加入具有光催化作用的TiO2，然后将稻壳基活性炭以及改性疏水硅胶利用粘结剂(凹凸棒土)进行粘结复合，并将其粉碎、挤压、成型后置于真空气氛烧结炉中500℃下处理2h，最后得到该复合吸附材料。该方法操作复杂：用盐类Na2CO3溶液洗去硅，制成硅胶再与稻壳基活性炭复合。且该专利技术所用试剂以及处理方法繁多，成本较高，制备得到的复合吸附材料对有机物有较好吸附效果，但未体现出对重金属离子的选择性吸附能力。CN107364863A公开了一种改性稻壳基活性炭的制备方法：将沥青粉碎并制备成沥青悬浊液；将稻壳基活性炭加入到沥青悬浊液中，超声分散，加热回收溶剂，制备沥青/稻壳基活性炭混合粉末；将沥青/稻壳基活性炭混合粉末置于管式炉中，在氮气保护下，先低温热处理，将沥青熔融为流动态均匀扩散在稻壳基活性炭表面并渗透到孔道内部表面，再经中温固化处理制备出改性活性炭。该方法成本虽低，但操作复杂，且专利技术中用到的沥青具有毒性，所制备的改性活性炭为电极材料，未体现出沥青改性活性炭是否具有选择性吸附能力。CN106115699A公开了一种氧化锌法制备活性炭，由下述步骤组成：(1)室温下，将粉碎过筛后的生物质在质量分数为10％～30％的ZnCl2水溶液中浸泡8～12h；(2)将步骤(1)的混合物在100～250℃下进行脱水碳化，待脱水完成后加入蒸馏水继续脱水碳化，重复3～8次，使ZnCl2完全水解成ZnO；(3)在惰性气体保护下，将步骤(2)水解完后的混合物升温至700～900℃，恒温活化1～6h；(4)将步骤(3)得到的活化料在惰性气体保护下冷却至100℃以下，用盐酸煮到微沸，再用热水抽滤洗涤至pH值为6～7，然后在120～150℃下干燥，得到活性炭；(5)收集步骤(4)中的滤液，按照步骤(1)的方法重复使用。该方法利用低浓度ZnCl2将生物质浸泡再反复进行脱水碳化，需要耗费大量水和热能，操作复杂，且仅能得到活性炭。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种成本低，反应过程简单，具有选择性吸附能力且吸附能力较强的改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的制备方法具体步骤如下：一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）稻壳破碎：将稻壳破碎，过筛，干燥，得稻壳粉末；（2）制备生物质炭硅：将稻壳粉末置于管式炉中进行碳化，得稻壳基生物质炭硅；（3）生物质炭硅除硅：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅和氢氟酸溶液混合均匀，洗去稻壳基生物质炭硅中的硅，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭吸附剂；（4）生物质炭硅改性：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅用氯化锌溶液进行浸渍，静置，得经浸渍的料液；（5）制备改性生物质炭硅：将步骤（4）所得的浸渍好的料液干燥，置于管式炉中活化，冷却，得改性稻壳基生物质炭硅；（6）酸洗除杂：将步骤（5）所得改性稻壳基生物质炭硅和酸性溶液混合均匀，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭硅吸附剂。进一步，步骤（1）所述过筛为60～120（优选90目）目筛；干燥为20℃～90℃（优选60℃）烘干。进一步，步骤（2）中所述碳化为N2气氛下调节升温速率5℃/min，炭化温度为700℃，炭化时间2h。进一步，步骤（3）中所述氢氟酸按固液比1∶40～120加入；所述调整pH至6～8。进一步，步骤（3）中所述氢氟酸溶液的质量分数为5%～20%（优选10%）。进一步，步骤（4）中所述氯化锌溶液按浸渍比为1∶1～1.3（优选1∶1.2）加入到反应容器中进行浸渍；所述静置的时间为8～36h（优选12～24h，进一步优选24h）。进一步，步骤（4）中所述氯化锌溶液的质量分数为10%～60%（优选20%）。进一步，步骤（5）中所述活化N2气氛下调节升温速率5℃/min，活化温度为600℃，活化时间为90min。进一步，步骤（6）中所述酸性溶液为的盐酸溶液，加入量按固液比1∶40～120（优选1∶60）；所述调整pH至6～8。进一步，步骤（6）中所述盐酸溶液的质量分数为5%～20%（优选10%）。本专利技术以稻壳为主要原料利用无机试剂进行改性，来制备改性稻壳基炭/炭硅吸附剂，目的是实现对农业废弃物的资源化利用，寻求更为实用、新型、廉价、高选择性和高吸附容量的吸附剂。因此，以稻壳为主要原料，制备改性稻壳基炭/炭硅吸附剂具有很好的发展前景及实用意义。本专利技术有益效果：工艺操作简单、所需仪器设备成本低，反应条件易行，有利于吸附剂的大规模生产与应用；利用稻壳为主要原材料，既实现了稻壳的资源化利用，又降低生产成本，变废为宝，并在一定程度上并提高了吸附剂各项性能指标（比表面积增大，吸附容量增加）；所得到的改性稻壳基炭/炭硅吸附剂尤其是对含铬废水的处理具有较好的效果（具体效果吸附率≥80%）。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。实施例1本实施例包括以下步骤：（1）稻壳破碎：将稻壳过60目筛，于20℃烘干，得稻壳粉末；（2）制备生物质炭硅：取15g步骤（1）所得稻壳粉末置于管式炉，调节升温速率为5℃/min，N2气氛，炭化温度为700℃，炭化时间2h，得稻壳基生物质炭硅5.7g；（比表面积181m2/g，吸附容量315cm3/g）（3）生物质炭硅除硅：取0.5g步骤（2）所得稻壳基生物质炭硅于500ml锥形瓶中，加入质量分数为5%的氢氟酸溶液60mL，5℃搅拌24h，洗至pH=6，烘干，即得改性稻壳基炭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）稻壳破碎：将稻壳破碎，过筛，干燥，得稻壳粉末；（2）制备生物质炭硅：将稻壳粉末置于管式炉中进行碳化，得稻壳基生物质炭硅；（3）生物质炭硅除硅：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅和氢氟酸溶液混合均匀，洗去稻壳基生物质炭硅中的硅，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭吸附剂；（4）生物质炭硅改性：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅用氯化锌溶液进行浸渍，静置，得经浸渍的料液；（5）制备改性生物质炭硅：将步骤（4）所得的浸渍好的料液干燥，置于管式炉中活化，冷却，得改性稻壳基生物质炭硅；（6）酸洗除杂：将步骤（5）所得改性稻壳基生物质炭硅和酸性溶液混合均匀，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭硅吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）稻壳破碎：将稻壳破碎，过筛，干燥，得稻壳粉末；（2）制备生物质炭硅：将稻壳粉末置于管式炉中进行碳化，得稻壳基生物质炭硅；（3）生物质炭硅除硅：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅和氢氟酸溶液混合均匀，洗去稻壳基生物质炭硅中的硅，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭吸附剂；（4）生物质炭硅改性：将步骤（2）所得的稻壳基生物质炭硅用氯化锌溶液进行浸渍，静置，得经浸渍的料液；（5）制备改性生物质炭硅：将步骤（4）所得的浸渍好的料液干燥，置于管式炉中活化，冷却，得改性稻壳基生物质炭硅；（6）酸洗除杂：将步骤（5）所得改性稻壳基生物质炭硅和酸性溶液混合均匀，调整pH，干燥，得改性稻壳基炭硅吸附剂。2.根据权利要求1所述改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述过筛为60～120目筛；干燥为20℃～90℃烘干。3.根据权利要求1或2所述改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述碳化为N2气氛下调节升温速率5℃/min，炭化温度为700℃，炭化时间2h。4.根据权利要求1～3之一所述改性稻壳基炭/炭硅吸附剂的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻宁亚，徐陈欣雨，丁浏阳，张鑫岚，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43