以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱制造技术

本发明专利技术涉及海水中痕量重金属离子预分离富集技术领域，特别是涉及一种以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱，首先将废弃梭子蟹壳氨水改性后酸浸炭化，然后以KOH溶液活化后再行炭化，改性后的蟹壳生物质炭用微纳米粉碎机粉碎，最终得到纳米蟹壳生物炭；纳米蟹壳生物炭装填至重金属吸附固相萃取小柱中即得以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱。本发明专利技术提供以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱，该固相萃取剂具有丰富的孔隙结构，氨水改性和无氧热解的联合作用使得蟹壳生物炭高比表面积，对金属离子强配位点的特点，能同时吸附多种金属离子，且材料来自海洋废弃蟹壳，体现“变废为宝”的核心价值观。

Solid phase extraction of heavy metals on waste crab shell biochar

【技术实现步骤摘要】
以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱
本专利技术涉及海水中痕量重金属离子预分离富集
，特别是涉及一种以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱。
技术介绍
海洋中的重金属污染物难以降解，在生物体内不断积累，并通过食物链传递、富集，还可能经由海产品的消费对人体造成危害。因此海洋的重金属污染备受关注，海水重金属的监测，对保护海洋生态环境和人类健康具有重要的意义。海水中的重金属具有含量低，基体干扰大，组分复杂的特点，因此，富集和分离海水中的重金属是前处理最重要的步骤。固相萃取利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的，近年来广泛应用于在环境和食品样品中痕量重金属元素的分离富集。王许诺等利用C8固相萃取柱，对海水样品进行预处理，能有效地去除了海水中复杂基体的干扰，萃取分离后，用石墨炉原子吸收法能够准确地测定痕量Pb，Cd，Cu的含量；程永华等以8-羟基喹啉键合Amber-liteXAD-2000树脂合成了一种新的固相萃取材料，富集因子为100，对铅最大吸附量为7.2mg/g。生物质炭具有丰富的孔隙结构和活性含氧官能团、大量高密度的负电荷、大的比表面积和羧基、酚羟基、内酯等官能团,对重金属有很高的吸附容量，是固相萃取小柱比较理想的填料。本专利技术将废弃的蟹壳制备为纳米生物质炭为填料制备重金属固相萃取小柱，具有富集倍数高，同时富集多种金属离子，对环境友好，成本低等优点。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱，该固相萃取剂具有丰富的孔隙结构，氨水改性和无氧热解的联合作用赋予其较高的比表面积、对金属离子强配位点的特点，能同时吸附多种金属离子，且材料来自海洋废弃蟹壳，体现“变废为宝”的核心价值观。实现上述目的本专利技术为所采取的技术方案包括下述[1]～[4]项。[1]一种蟹壳生物质炭，其制备方法包括下述步骤：a)废弃蟹壳洗净风干，干燥至恒重后粉碎过60目筛，将蟹壳粉浸泡于8～10％的氨水中密封，振荡后微沸，离心过滤取滤渣；b)将滤渣以去离子水清洗至中性并烘干得改性蟹壳粉，置于2.0mol/L的HCL溶液中浸泡6h，用蒸馏水洗至中性后烘干；c)称取梭子蟹壳于程序控温的管式炉中，氮气环境下升温至700℃，炭化2h；d)将步骤c)制得的蟹壳生物炭用KOH溶液活化，于管式炉炭化1h，取出后用去离子水洗涤至中性并烘干；e)将改性后的蟹壳生物质炭用微纳米粉碎机粉碎，最终得到纳米蟹壳生物炭。进一步优选地，步骤a)的蟹壳是梭子蟹的壳。进一步优选地，步骤a)的蟹壳粉与氨水的料液比是1:8～10，g/mL。进一步优选地，步骤a)的振荡是在25～30℃、200～300r/min条件下振荡2～12h。进一步优选地，步骤a)的微沸时间是1～10min。进一步优选地，步骤b)的改性蟹壳粉与HCL溶液的料液比是1:5～8，g/mL。进一步优选地，步骤c)氮气环境的氮气流速是100mL/min。进一步优选地，步骤c)的升温速率是10℃/min。进一步优选地，步骤d)的KOH溶液的浓度是0.5～2mol/L。进一步优选地，步骤d)中蟹壳生物炭与KOH溶液的重量比是1:3。进一步优选地，步骤e)的烘干是将洗涤后的生物炭置于105℃烘箱内6h。本申请以废弃的蟹壳为原材料，先经高浓度氨水改性后再通过无氧热解的方法制备具有多孔结构的纳米级生物质炭，将废弃的蟹壳进行高值化利用，实现了变废为宝，制备过程及材料对环境友好，成本低廉；生物质炭纳米填料具有丰富的孔隙结构，氨水改性和无氧热解的联合作用使得蟹壳生物炭比表面积大，配位点高，富集倍数高，可以实现对Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)多种重金属离子的同时萃取分离。[2]一种以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱，所述重金属吸附固相萃取小柱含有上述项[1]所述蟹壳生物质炭的填料。以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱能在短时间内有效的吸附海水中痕量的上述多种金属离子，在适当的pH范围内，吸附的重金属离子可以用稀酸进行解附，回收率可达90％，可重复利用2～3次，为海水中痕量重金属的检测提供新的前处理方法。[3]制备项[2]所述以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱的方法，具体包括：1)固相萃取柱空管底部放入一多孔性聚乙烯筛板；2)视固相萃取柱体积将100～500mg蟹壳生物质炭装入柱管内；3)再在生物质炭上部装入一多孔性聚乙烯筛板，适当压紧，即得。优选地，所述蟹壳生物质炭是将梭子蟹壳经无氧热解制备得到的具有多孔结构的纳米级生物质炭。本专利技术以废弃的蟹壳为原材料，通过无氧热解的方法制备具有多孔结构的纳米级生物质炭，该材料作为一种新型的SPE填料应用于环境中的重金属富集时，在pH为5.5时，对Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附容量达到最大，富集之后的金属离子能用0.1mol/L稀硝酸洗脱，回收率达到90％以上。[4]项[2]或[3]所述重金属吸附固相萃取小柱在环境水样痕量重金属的选择性分离富集中的应用，所述应用包括如下具体操作：i)0.1mol/L硝酸洗脱表面少量金属离子和杂质，去离子水淋洗3次；ii)将待测环境水样调pH至5.5，样品以1mL/min的流速过柱；iii)目标物用0.1mol/L硝酸溶液进行洗脱。本申请的以废弃蟹壳生物质炭为填料的重金属吸附固相萃取小柱能在短时间内有效的吸附海水中痕量的Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)等重金属离子，在适当的pH范围内，吸附的重金属离子可以用稀酸(硝酸)进行解附，回收率可达90％，可重复利用2～3次，为海水中痕量重金属的检测提供新的前处理方法。本专利技术的有益效果为：1)本申请以废弃的蟹壳为原材料，先经高浓度氨水改性后再通过无氧热解的方法制备具有多孔结构的纳米级生物质炭，将废弃的蟹壳进行高值化利用，实现了变废为宝，制备过程及材料对环境友好，成本低廉；2)氨水改性和无氧热解的联合作用使得生物质炭纳米填料具有丰富的孔隙结构，比表面积大，配位点高，富集倍数高，可以实现对Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)多种重金属离子的同时萃取分离；3)能在短时间内有效的吸附海水中痕量的Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)等重金属离子，在适当的pH范围内，吸附的重金属离子可以用稀酸(硝酸)进行解附，回收率可达90％，可重复利用2～3次，为海水中痕量重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蟹壳生物质炭，其特征在于其制备方法包括下述步骤：/na)废弃蟹壳洗净风干，干燥至恒重后粉碎过60目筛，将蟹壳粉浸泡于8～10％的氨水中密封，振荡后微沸，离心过滤取滤渣；/nb)将滤渣以去离子水清洗至中性并烘干得改性蟹壳粉，置于2.0mol/L的HCL溶液中浸泡6h，用蒸馏水洗至中性后烘干；/nc)称取梭子蟹壳于程序控温的管式炉中，氮气环境下升温至700℃，炭化2h；/nd)将步骤c)制得的蟹壳生物炭用KOH溶液活化，于管式炉炭化1h，取出后用去离子水洗涤至中性并烘干；/ne)将改性后的蟹壳生物质炭用微纳米粉碎机粉碎，最终得到纳米蟹壳生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种蟹壳生物质炭，其特征在于其制备方法包括下述步骤：
a)废弃蟹壳洗净风干，干燥至恒重后粉碎过60目筛，将蟹壳粉浸泡于8～10％的氨水中密封，振荡后微沸，离心过滤取滤渣；
b)将滤渣以去离子水清洗至中性并烘干得改性蟹壳粉，置于2.0mol/L的HCL溶液中浸泡6h，用蒸馏水洗至中性后烘干；
c)称取梭子蟹壳于程序控温的管式炉中，氮气环境下升温至700℃，炭化2h；
d)将步骤c)制得的蟹壳生物炭用KOH溶液活化，于管式炉炭化1h，取出后用去离子水洗涤至中性并烘干；
e)将改性后的蟹壳生物质炭用微纳米粉碎机粉碎，最终得到纳米蟹壳生物炭。


2.根据权利要求1所述的蟹壳生物质炭，其特征在于：所述步骤a)的振荡是在25～30℃、200～300r/min条件下振荡2～12h。


3.根据权利要求1所述的蟹壳生物质炭，其特征在于：所述步骤c)的升温速率是10℃/min。


4.根据权利要求1所述的蟹壳生物质炭，其特征在于：所述步骤d)的KOH溶液的浓度是0.5～2mol/L。


5.根据权利要求1所述的蟹壳生物质炭，其特征在于：所述步骤d)中蟹壳生物炭与KOH溶液的重量比是1:3。
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【专利技术属性】
技术研发人员：纪丽丽，陈瑛娜，王亚宁，宋文东，郭健，蔡璐，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33