球磨巯基化生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种球磨巯基化生物炭及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将木屑末洗涤，干燥，研磨，过筛，得到木屑粉，将木屑粉于300～700℃下限氧裂解，冷却至室温，洗涤至pH稳定，烘干，得到生物炭；将生物炭放置于球磨罐中，再在球磨罐中放入研磨球、水和乙醇，在惰性气体或氮气的环境下，边搅拌边滴加3-巯基丙基三甲氧基硅烷，密封球磨罐，在室温20～25℃下，将球磨罐放入行星式球磨机球磨，球磨后先后依次用乙醇和去离子水各洗涤至少1次，真空冷冻干燥，得到球磨巯基化生物炭，本发明专利技术的球磨巯基化生物炭对Hg

【技术实现步骤摘要】
球磨巯基化生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境功能材料和水处理
，具体来说涉及一种球磨巯基化生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]汞是公认的毒性最强的重金属之一，易挥发，能以游离态的形式存在，是除温室气体以外唯一一个能在全球范围内造成危害的污染物，被联合国环境规划署列为全球性污染物。汞被广泛应用于催化剂的制备、电极材料、油漆、化肥、纸浆、炼油、农药、橡胶加工、电池、荧光灯管、温度计、强度高的路灯、化妆品、药品、望远镜的反射液以及汞合金补牙等。目前，国内外汞污染源的研究主要针对燃煤电厂、金矿开采和氯碱生产等领域。氯碱企业的排汞给欧洲多个国家造成了较严重的汞污染问题。氯碱工业中，烧碱、氯乙烯和醋酸等的生产均会使用含汞化学品。曾大量使用的有机汞农药使农田土壤汞含量增加，虽然有机汞农药被禁止使用几十年，土壤汞污染问题有所好转，但污水灌溉和污泥施肥等行为又使土壤汞污染越发严重。污泥中富含较多的营养成分(例如有机质、N、P、K等元素)常被作为肥料，但长期施用或施用不当会造成严重的重金属积累。
[0003]汞有两种存在形态：无机汞(Hg0、Hg
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和Hg
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)和有机汞(例如，CH3Hg
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、CH3CH2Hg
+
和(CH3)2Hg等)。无机汞主要损伤免疫系统和肾脏(Holmes,P.,James,K.A.F.,Levy,L.S.,2009.Is low-level environmental mercury exposure of concern to human health？Sci.Total Environ.408,171-182.)，甲基汞主要损伤心血管系统和大脑(例如身体协调和运动能力、语言和记忆能力的损伤)，并能对中枢神经系统造成不可逆转的损害(Sheehan,M.C.,Burke,T.A.,Navas-Acien,A.,Breysse,P.N.,McGready,J.,Fox,M.A.,2014.Global methylmercury exposure from seafood consumption and risk of developmental neurotoxicity:a systematic review.Bull.W.H.O.92,254-269F.)。甲基汞具有极强的脂溶性和蓄积性，被人体吸收后可迅速与红血球中血红素分子的巯基结合。人类从水产品中获取营养，尤其是ω-3型脂肪酸，同时也摄入了甲基汞，据调查，对于人类来说，水产品(例如，淡水和海洋鱼类、贝类和海洋哺乳动物等)几乎完全是甲基汞的饮食来源Seller,P.,Kelly,C.A.,Rudd,J.W.M.,MacHutchon,A.R.,1996.Photodegradation of methylmercury in lakes.Nature 380,694-697.)。不同的水产品中甲基汞的含量主要取决于污染源、营养水平和其他未知因素Mahaffey,K.R.,2004.Fish and shellfish as dietary sources of methylmercury and the omega-3fatty acids,eicosahexaenoic acid and docosahexaenoic acid:risks and benefits.Environ.Res.95,414-428.)。有研究表明，甲基汞也可以在大米中富集(汞矿区污染的农田土壤)(Zhang,H.,Feng,X.B.,Larssen,T.,Qiu,G.L.,Vogt,R.D.,2010.In inland China,rice,rather than fish,is the major pathway for methylmercury exposure.Environ.Health Perspect.118 1183-1188.)。
[0004]目前，针对水中Hg
2+
和CH3Hg
+
的去除技术包括萃取法，离子交换法，化学沉淀法，膜分离法，光降解法，光催化，微生物处理法和吸附法。其中吸附被认为是一种最具潜力的方
法，具有成本低、易于操作、设计简单等优势。
[0005]生物质炭(biochar)是指生物质原料在缺氧或绝氧环境中，经一定温度(＜700℃)热裂解而产生的含碳量比较高、比表面积比较大的固体生物燃料。由于其容重小、稳定性高、吸附能力强，因此被广泛应用于生态修复、农业和环保领域，起到固定大气碳素、增汇减排、缓解气候变化等作用。生物质炭的制备和应用是废弃物资源化处理的有效手段之一，这在一定程度上克服了常规吸附剂活性炭应用成本高的缺陷。由于生物质炭具备多孔和表面积大的优势，因此被广泛用作吸附剂应用于环境修复中。对生物炭进行改性能够大幅度提升生物炭对污染物的去除能力。汞之所以能对人体产生严重损害，主要是由于汞有极强的亲巯基性，比起-OH、-COOH、-NH2等活性基团，Hg
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和CH3Hg
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会优先与巯基(-SH)结合。从另一方面来说就是，在材料表面引入-SH能大大提升其对Hg
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和CH3Hg
+
的选择性和吸附性能。
[0006]然而常规的化学浸渍法制备巯基化生物炭具有步骤繁琐且成本高不利于大规模应用的缺点。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种球磨巯基化生物炭的制备方法，该制备方法将球磨技术与巯基功能化修饰结合起来对生物炭进行表面修饰，进一步提升生物炭对水体中汞(Hg
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和CH3Hg
+
)的吸附性能，具有操作简单、可行性高，利于大规模应用的优势。
[0008]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的巯基化生物炭复合材料。
[0009]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0010]一种球磨巯基化生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)将木屑末洗涤，于80～110℃干燥，研磨，过筛，得到木屑粉，将所述木屑粉于300～700℃下限氧裂解3～12h，冷却至室温20～25℃，洗涤至pH稳定，烘干，得到生物炭；
[0012]在所述步骤1)中，所述干燥的时间为12～24h，所述烘干的温度为80～110℃，所述烘干的时间为12～24h。
[0013]在所述步骤1)中，研磨采用高速破碎机，研磨时间为1～10min。
[0014]在所述步骤1)中，所述过筛的目数为20～100目。
[0015]在所述步骤1)中，所述洗涤为用去离子水清洗。
[0016]2)将步骤1)所得生物炭放置于球磨罐中，再在球磨罐中放入研磨球、水和乙醇，在惰性气体或氮气的环境下，边搅拌边滴加3-巯基丙基三甲氧基硅烷(3-MPTS)，密封球磨罐，在室温20～25℃下，将所述球磨罐放入行星式球磨机以300～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球磨巯基化生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将木屑末洗涤，于80～110℃干燥，研磨，过筛，得到木屑粉，将所述木屑粉于300～700℃下限氧裂解3～12h，冷却至室温20～25℃，洗涤至pH稳定，烘干，得到生物炭；2)将步骤1)所得生物炭放置于球磨罐中，再在球磨罐中放入研磨球、水和乙醇，在惰性气体或氮气的环境下，边搅拌边滴加3-巯基丙基三甲氧基硅烷，密封球磨罐，在室温20～25℃下，将所述球磨罐放入行星式球磨机以300～600rpm的公转转速球磨3～48h，球磨后先后依次用乙醇和去离子水各洗涤至少1次，真空冷冻干燥，得到球磨巯基化生物炭，其中，所述生物炭的质量份数、水的体积份数、乙醇的体积份数和3-巯基丙基三甲氧基硅烷的体积份数的比为2：(2.4～24)：76：(1.6～16)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述干燥的时间为12～24h，所述烘干的温度为80～110℃，所述烘干的时间为12～24h；在所述步骤1)中，研磨采用高速破碎机，研磨时间为1～10min；在所述步骤1)中，所述过筛的目数为20～100目；在所述步骤1)中，所述洗涤为用去离子水清洗。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，在球磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐景春，吕宏虹，夏思雨，刘庆龙，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：