一种可磁力回收生物炭吸附催化材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料、制备方法及其应用。其中，所述的所述生物炭吸附催化材料的原料包括玉米秸秆和氯化铁，且质量比为0.2‑3:1。其制备方法包括如下步骤：(1)将玉米秸秆洗净并烘干至完全干燥，粉碎后过筛，得到玉米秸秆粉末生物质；(2)将氯化铁与玉米秸秆粉末生物质加水混合，搅拌，烘干；(3)将烘干物质经碳化处理制得生物炭吸附催化材料。生物炭吸附催化材料不仅能够高效吸附水体中典型有机污染物，还会活化过硫酸盐产生自由基，在去除水体中有机污染物的同时还可进行磁分离，避免二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种可磁力回收生物炭吸附催化材料、制备方法及应用
本专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料、制备方法及其应用。
技术介绍
生物炭是由各种生物质废弃物热解制备而成的一种多孔、富碳、经济有效的碳基材料，它来源广泛、环境友好、易大量制备，对有机污染物吸附能力强，且表面含有丰富的含氧官能团能够活化过硫酸盐产生自由基，以实现污染物的矿化。但在实际工程应用中，仅添加生物炭进行吸附去除或活化过硫酸盐降解有机污染物仍存在一定缺陷。例如，生物炭在吸附去除污染物后往往难以分离回收，且在高级氧化过程中对过硫酸盐活化效率低下，容易造成二次污染和修复效率低等问题。中国专利技术专利CN109336082B公开了一种秸秆处理方法、生物炭及其制备方法和应用。秸秆处理方法包括以下步骤：1)将秸秆加入水中得到秸秆混合液，并将所述秸秆混合液的pH调至4.0-6.0:2；向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐，并搅拌45-75min，获得处理后的秸秆。该专利技术还提出了一种生物炭通过将上述秸秆与铁盐溶液混合均匀制备用于修复土壤中的锑污染。该专利技术方法步骤较多，且仅公开了土壤中重金属污染的治理方法。中国专利申请CN110316898A公开了一种吸附协同磁化分离技术处理染料废水的方法，首先采用磁化后的生物炭对染料废水中的染料污染物进行吸附处理，然后采用磁铁对完成吸附处理后的染料溶液进行磁化分离处理。本专利技术通过给生物炭进行表面赋磁，可实现吸附材料的快速分离和回收，赋磁完成后，磁性棉花秸秆生物炭对印染废水中的染料亚甲基蓝)具有很好的吸附去除，同时该磁性材料具有良好的稳定性，通过外加磁场可完成水处理吸附剂的有效分离，简化了处理过程，防止了二次污染。中国专利申请CN110652964A公开了一种磁性铁基生物炭复合材料、制备方法及应用,磁性铁基生物炭复合材料为在生物炭附着有磁性铁基和催化金属:制备方法为:将生物炭、亚铁前体、催化金属溶液、还原剂混合，通过水热还原法制备磁性铁基生物炭复合材料，在还原剂的作用下将磁性铁基和催化金属附着在生物炭上，该磁性铁基生物炭复合材料在修复重金属六价铬污染的应用。中国专利申请CN105536700A公开了一种利用秸秆制备生物炭吸附催化材料的方法，制备步骤包括选取秸秆原料的步骤，其中，秸秆原料选择小麦秸秆或玉米秸秆或棉杆或水稻秸秆，先进行秸秆原料清洁化预处理，然后依次用三价铁盐溶液浸渍，真空抽滤，滤饼烘干后，再在惰性气体条件下进行碳化处理,制得生物炭吸附催化材料成品。由此，秸秆原料经过三价铁盐溶液浸渍,通过热解的工艺过程，可获得生物炭吸附催化材料。该专利技术公开了生物炭吸附催化材料的制备方法，但该方法对水中有机污染物的去除效果不得而知。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的不足，并提供了一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料，该材料是以农业废弃物玉米秸秆为原料，通过氯化铁浸渍赋磁和热解碳化两个过程制得。采用一定热解温度制备出的生物炭吸附催化材料不仅能够高效吸附水体中典型有机污染物，还会活化过硫酸盐产生自由基，在去除水体中有机污染物的同时还可进行磁分离，避免二次污染。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料，原料包括玉米秸秆和氯化铁，所述氯化铁和玉米秸秆的质量比为0.2-3:1；优选地，优选地，所述玉米秸秆需粉碎过10-20目筛。一种上述生物炭吸附催化材料的制备方法：(1)将玉米秸秆洗净、烘干，粉碎，得玉米秸秆粉末生物质；(2)将氯化铁与玉米秸秆粉末生物质加水混合，搅拌，烘干；(3)将烘干物质通入氮气碳化处理制得生物炭吸附催化材料。优选地，步骤(2)中所述搅拌为磁力搅拌，转速为1500-2000r/min，搅拌时间为10-15h。优选地，步骤(2)中所述烘干温度为85-95℃，烘干时间为10-15h。优选地，步骤(2)中所述玉米秸秆与水的质量体积比为1:80-120g/ml；优选地，所述碳化处理前通入氮气5-15min。优选地，步骤(3)中所述碳化处理为将烘干物置管式炉内，升温至250-750℃，恒温保持2-4h，冷却，磨碎即得。优选地，所述升温为升温至300-700℃；优选地，所述升温的升温速率为8-12℃/min。优选地，所述升温为升温至300-400℃或500-700℃。优选地，所述升温为升温至300℃、400℃、500℃、600℃或700℃。本专利技术还提供上述可磁力回收的生物炭吸附催化材料在去除水中典型有机污染物中的应用。优选地，所述升温至300-400℃时所述生物炭吸附催化材料与过硫酸钠同时使用来去除水中典型有机污染物，所述生物炭吸附催化材料与过硫酸钠质量比为0.01:0.6-6；优选地，所述升温至500-700℃时所述生物炭吸附催化材料在无过硫酸钠时用来吸附去除水中典型有机污染物，所述生物炭吸附催化材料与2,4-二硝基甲苯的质量浓度比为2-6mg:1mg/L。优选地，上述可磁力回收的生物炭吸附催化材料在水中典型有机污染物2,4-二硝基甲苯去除中的应用。本专利技术的有益效果：1.本专利技术以农业废弃物玉米秸秆为原料，通过浸渍-热解的方法采用氯化铁改性玉米秸秆生物炭，在有效提升有机污染水体治理效率的同时，实现了玉米秸秆生物质高效率低成本地资源化利用。2.本专利技术的可磁力回收的生物炭吸附催化材料，300-400℃条件下制备的生物炭吸附催化材料可作为高效催化剂，活化过硫酸盐有效降解2,4-二硝基甲苯。500-700℃条件下制备的生物炭吸附催化材料可作为吸附剂，对水中2,4-二硝基甲苯具有较高的去除效率，且该生物炭吸附催化材料可分离回收和再利用，去除率和回收效果兼顾，无二次污染。高于700℃时，能耗明显增加，但回收率并无明显增加。3.本专利技术通过研究发现了原料玉米秸秆的最佳粉碎粒径10-20目，若在24目以上，粉碎粒径过细，回收率非常之低，远远达不到本专利技术的去除率和回收率均高的效果。4.本专利技术的原材料来源广泛，成本低廉，制备方法简单易行。5.将农业废弃物玉米秸秆制备成吸附催化材料后，不仅可以减轻其对生态环境的破坏，还可以作为吸附剂和催化剂，实现了资源化利用，具有很好的环境效益和经济效益。6.相比生物降解、电化学降解，本专利技术生物炭吸附催化材料去除水中典型有机污染物，无需对水环境的温度、pH等有特殊要求，更适用于大规模应用。7.本专利技术通过对原料粒径的控制，原料配比的选择，以及制备过程中升温速率，并依据调节温度可分别制备吸附性能好和催化效果好的生物炭材料，去除水中典型有机污染物效果好，并且制备的填料可回收再利用。附图说明图1是实施例1所制备的生物炭吸附材料的扫描电镜分析图；图2是实施例5所制备的生物炭吸附材料的扫描电镜分析图；图3是实施例2、5所制备的生物炭吸附材料的XRD分析图；图4是实施例2所制备的生物炭吸附材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料，其特征在于，所述生物炭吸附催化材料的原料包括玉米秸秆和氯化铁，所述氯化铁和玉米秸秆的质量比为0.2-3:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种可磁力回收的生物炭吸附催化材料，其特征在于，所述生物炭吸附催化材料的原料包括玉米秸秆和氯化铁，所述氯化铁和玉米秸秆的质量比为0.2-3:1。


2.根据权利要求1所述的生物炭吸附催化材料，其特征在于，所述玉米秸秆需粉碎过10-20目筛。


3.一种根据权利要求1或2所述的生物炭吸附催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将玉米秸秆洗净、烘干，粉碎，得玉米秸秆粉末生物质；
(2)将氯化铁与玉米秸秆粉末生物质加水混合，搅拌，烘干；
(3)将烘干物质经碳化处理制得生物炭吸附催化材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌为磁力搅拌，搅拌速度为1500-2000r/min，搅拌时间为10-15h；所述烘干的温度为85-95℃，烘干时间为10-15h。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述玉米秸秆与水的质量体积比为1:80-120g/ml。


6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述碳化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，曹媛，刘钰钦，马福俊，谷庆宝，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11