改性复合生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于活性炭制备领域，具体涉及改性复合生物炭及其制备方法和的应用。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种改性复合生物炭及其制备方法和用途；制备方法包括以下步骤：A、将秸秆炭化，洗去灰分，干燥、粉碎后得到秸秆生物炭；B、将秸秆生物炭和碱液混合进行化学改性，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性秸秆生物炭；C、复合处理：将改性秸秆生物炭、聚乙二醇和水混合，加入MIEX搅拌后，再进行超声处理；然后加入抗坏血酸或羟胺继续搅拌，再加入过氧化氢溶液继续搅拌，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性复合生物炭。本发明专利技术方法能够利用农林废弃物秸秆，制备得到吸附性能良好的改性复合生物炭。

Modified composite biochar and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
改性复合生物炭及其制备方法和应用
本专利技术属于活性炭制备领域，具体涉及改性复合生物炭及其制备方法和吸附金属离子的应用。
技术介绍
随着工业化极大推进，环境治理愈发成为亟待解决的问题，冶炼、化工、印染、纺织及核燃料循环过程等行业排放的废水中含有大量重金属离子等污染物质，若未经处理即排放到环境中会严重危害人类的健康、动植物及水体安全。与化学沉淀、膜处理、离子交换、光催化、电沉积等方法相比较，吸附法具有效率高、操作简单、便宜且无副产物、可循环利用及无二次污染等优点。吸附剂的工业应用要求其制备方法简单、高效、成本低、环保等，因此其原料来源的广泛性、丰富性、易得性、可降解性至关重要。在环保愈发重要和原材料日益紧缺的今天，若能以农林废弃物等生物质为原料，制备性能优良的吸附材料，用以去除环境污染物，无疑对环境保护、资源再生与回收利用等都有重大而积极的意义。一方面，生物质均可作为生物炭制备的前驱体材料，如农业废弃物、林业废弃物、水生植物、城市垃圾和污水污泥等；另一方面，由于生物质中富含纤维素及木质素，作为自然界中可再生、可生物降解且丰富的天然聚合物，可从农林废弃物中提取纤维素及木质素用作廉价的吸附剂。生物炭的比表面积大、具有多孔结构及表面富含官能团，因此对水溶液中污染物(如重金属、有机污染物、其他污染物等)显示出较好的去除能力。此外，研究表明，对生物炭进行活化(物理活化、化学活化)或制备生物质复合材料来增大比表面积，或增强表面性质，可以极大地提高吸附性能或增加去除污染物的种类。
技术实现思路
本专利技术针对现有生物炭活性不高、不易回收再生等问题，而提出一种改性复合生物炭及其制备方法以及利用其吸附水体中金属离子的方法。本专利技术将农业常见废弃物秸秆为原料，制备成生物炭，经过化学改性后，采用目前商品化的磁性强碱性阴离子交换树脂(简称MIEX)与改性生物炭相复合，制备得改性复合生物炭，该改性复合生物炭具有活性高、易于回收再生等优点。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改性复合生物炭的制备方法。该制备方法包括以下步骤：A、制备秸秆生物炭：将秸秆炭化，洗去灰分，干燥、粉碎后得到粉末状秸秆生物炭；B、化学改性：将秸秆生物炭和碱液混合进行化学改性，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性秸秆生物炭；C、复合处理：将改性秸秆生物炭、聚乙二醇和水混合，加入MIEX搅拌后，再进行超声处理；然后加入抗坏血酸或羟胺继续搅拌，再加入过氧化氢溶液继续搅拌，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性复合生物炭。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤A中，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或棉花秸秆中的至少一种。进一步的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤A中，所述秸秆为清洗干净、面积为5～10cm2的小块。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤A中，所述炭化温度为400～600℃。炭化时间为30min～4h。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤A中，所述粉碎至过80～160目筛网，筛下物即为粉末状秸秆生物炭。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤B中，所述碱液为氢氧化钾水溶液。浓度为30～75g/L。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤B中，所述秸秆生物炭与碱液的质量体积比为1g﹕10～60mL。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤B中，所述进行化学改性的具体操作为：将混合后体系进行振荡。进一步的，振荡温度为10～80℃，振荡频率为100～600rpm，振荡时间为3～24h。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤B中，所述洗涤固体至pH为6.5～7.5。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述聚乙二醇与水的体积比为1﹕5～40。进一步的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述聚乙二醇为PEG-200聚乙二醇。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述改性秸秆生物炭与MIEX的质量比为5～30﹕1。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，加入MIEX后所述的搅拌时间为15min～2h。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述超声处理的频率150～500W，超声时间0.5～4h。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述抗坏血酸或羟胺与改性秸秆生物炭的质量比为1﹕2～8。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，加入抗坏血酸或羟胺后所述的搅拌时间为15～30min。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述聚乙二醇与过氧化氢溶液的体积比为1﹕1～4。进一步的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述过氧化氢溶液的质量分数为1～5％。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，加入过氧化氢溶液后所述的搅拌时间为30min～2h。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述洗涤为依次采用碱液、无水乙醇、去离子水洗涤或浸泡洗涤。进一步的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述碱液为氢氧化钠水溶液。浓度为1～2mol/L。具体的，上述改性复合生物炭的制备方法步骤C中，所述干燥温度为60～200℃，干燥时间为4～12h。本专利技术还提供了上述改性复合生物炭的制备方法制备得到的改性复合生物炭。本专利技术还提供了上述改性复合生物炭在吸附金属离子方面的应用。吸附方法包括以下步骤：称取改性复合吸附剂，加入需要被吸附金属的液体进行吸附即可。所述金属可以是任何金属，例如常见的普通金属或重金属，例如V、Fe、Cu、Cr、Na、Al、Ca、Cd、Pb、Zn等等。进一步的，上述吸附方法中，称取改性复合吸附剂，加入需要被吸附金属的液体，置于恒温振荡器中振荡即可。更进一步的，上述吸附方法中，所述振荡时间2～18h，反应温度10～50℃，振荡频率100～500rpm。本专利技术吸附金属后的改性复合吸附剂以少量去离子洗涤，用再生液处理即可再次使用。本专利技术方法能够以农林废弃物秸秆为原料，有效地解决了农林废弃物秸秆常见后续处理方法(如燃烧、掩埋、堆放等)带来的环境污染，资源浪费问题。本专利技术方法将传统的生物炭经过化学改性和磁性树脂复合，增加了生物炭的孔隙率、比表面积及含氧官能团，从而增加了吸附容量；同时由于进行了磁性树脂复合，进一步增强了吸附，同时便于回收、再生。本专利技术方法避免了常规需引入采用磁性金属或金属盐复合的生物炭而引入的金属离子在水体中残留的问题。具体实施方式本专利技术改性复合生物炭的制备方法，包括以下步骤：1、生物炭预处理：取新鲜秸秆，用清水浸泡洗去表面的泥沙，用剪刀剪成面积约为5～10cm2的小块，用清水洗涤2次后再用去离子水洗涤2次；2、制备秸秆生物炭：将秸秆置于马弗炉中高温真空加热，其中马弗炉温度设置为400～600℃，加热时间为30min～4h；用去离子水洗去灰分，抽滤至滤液澄清透明，105℃烘干至恒重，制备得秸秆生物炭，用粉碎机打碎后得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改性复合生物炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nA、制备秸秆生物炭：将秸秆炭化，洗去灰分，干燥、粉碎后得到粉末状秸秆生物炭；/nB、化学改性：将秸秆生物炭和碱液混合进行化学改性，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性秸秆生物炭；/nC、复合处理：将改性秸秆生物炭、聚乙二醇和水混合，加入MIEX搅拌后，再进行超声处理；然后加入抗坏血酸或羟胺继续搅拌，再加入过氧化氢溶液继续搅拌，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性复合生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.改性复合生物炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、制备秸秆生物炭：将秸秆炭化，洗去灰分，干燥、粉碎后得到粉末状秸秆生物炭；
B、化学改性：将秸秆生物炭和碱液混合进行化学改性，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性秸秆生物炭；
C、复合处理：将改性秸秆生物炭、聚乙二醇和水混合，加入MIEX搅拌后，再进行超声处理；然后加入抗坏血酸或羟胺继续搅拌，再加入过氧化氢溶液继续搅拌，分离，固体经洗涤、干燥，得到改性复合生物炭。


2.根据权利要求1所述的改性复合生物炭的制备方法，其特征在于：步骤A中，至少满足以下任意一项：
所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或棉花秸秆中的至少一种；
所述秸秆为清洗干净、面积为5～10cm2的小块；
所述炭化温度为400～600℃；炭化时间为30min～4h；
所述粉碎至过80～160目筛网，筛下物即为粉末状秸秆生物炭。


3.根据权利要求1或2所述的改性复合生物炭的制备方法，其特征在于：步骤B中，至少满足以下任意一项：
所述碱液为氢氧化钾水溶液；进一步的，氢氧化钾水溶液浓度为30～75g/L；
所述秸秆生物炭与碱液的质量体积比为1g﹕10～60mL；
所述进行化学改性的具体操作为：将混合后体系进行振荡；进一步的，振荡温度为10～80℃，振荡频率为100～600rpm，振荡时间为3～24h；
所述洗涤固体至pH为6.5～7.5。


4.根据权利要求1～3任一项所述的改...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婷，杨晓，李道玉，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51