一种改性菌渣生物炭及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种改性菌渣生物炭及其制备方法，属于环保材料工程技术领域，是将菌渣清洗、烘干、粉碎后，将菌渣粉末用氢氧化钠溶液浸泡，干燥后置于充满氮气的管式炉中高温热解。将炭化产物研磨至粉末状，用盐酸溶液洗至中性，再用蒸馏水和无水乙醇交替冲洗，烘干得到A，再将A与银盐和镱盐混合并震荡，将混合均匀的溶液烘干后放在充满氮气的管式炉中高温热解，用盐酸溶液冲洗后再用无水乙醇和去离子水交替洗涤去除杂质，最后经干燥即得改性生物炭。一方面本发明专利技术以农业废弃物菌渣为原料，原料来源广泛，制备过程简单、安全；另一方面，用银盐和镱盐改性的双金属改性生物炭对抗生素类药剂吸附的能力显著提升，达到以废制废的效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种改性菌渣生物炭及其制备方法


[0001]本专利技术属于环保材料工程
，具体涉及一种改性菌渣生物炭及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物炭(Biochar,BC)是生物质在限氧或者无氧条件下通过高温裂解产生的富含碳的固态物质。近年来，由于良好的表面特性和广泛的适应性，生物炭备受关注，已成为一种新型的无机和有机污染物吸附材料。生物炭可以利用作物残留物和废弃生物质等材料制备，具备来源丰富且易于收集等特点，拥有特殊的多孔结构和理化性质，在环境应用方面有很大的潜力。然而，由于生物炭在制备过程中原材料性质差异较大，表面官能团的种类有限，在不同种类污染物的吸附过程中受到了限制。为了提高生物炭对污染物的吸附性能，通过生物炭的改性，改变其物理结构或者表面性质来提高其对污染物的吸附性能。
[0003]抗生素作为一类广谱抗菌药物被大量而广泛应用于人类疾病治疗、水产养殖和家禽饲养等方面。有研究表明，抗生素类化合物在世界各地的土壤、水体及沉积物中不断被检出，已成为近20年来一直困扰人们的一类新兴环境污染物。目前去除抗生素的方法有吸附法、光解法、反渗透法、高级氧化法等。其中，吸附是一种经济高效的处理技术，这是由于吸附的材料来源广泛，且去除效率高的优势。目前，生物炭作为一种成本低廉的新型环境功能材料，现已成为吸附技术研究的热点。
[0004]农业废弃物的有效利用一直是重点发展的领域。食用菌的培养基质——菌渣是一类常见的农业废弃物，且绝大部分没有得到有效利用。相关调查显示，生产1kg食用菌将会产生5kg菌渣，至2018年中国菌渣的产量高达19210.2万吨。由于目前没有合理利用菌渣的方法，大量菌渣被直接丢弃或者直接燃烧。因此，科学处理这些数量巨大的食用菌菌渣，实现变废为宝是当前的研究重点，利用菌渣制备生物炭是一种可行的资源化处理方法。因此，现需利用菌渣研究一种对于抗生素具有良好吸附作用的吸附剂。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种改性菌渣生物炭及其制备方法，以双金属改性菌渣制备生物炭，利用了稀土改性生物炭，得到一种孔隙结构丰富，吸附性良好的生物炭，解决了传统生物炭吸附性能较差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种改性菌渣生物炭的制备方法，是以银盐、镱盐和菌渣为原料，将原料混合均匀后，进行隔氧高温热解，即可得到所述改性生物炭。
[0008]进一步地，所述改性菌渣生物炭的制备方法，具体包括如下步骤：
[0009](1)将菌渣清洗、烘干、粉碎，得到菌渣粉末；
[0010](2)将菌渣粉末放于氢氧化钠溶液中浸泡，干燥后置于管式炉中，在氮气氛围中以10
±
1℃/min的速率加热到750～950℃保持1～5h，反应结束后在氮气保护下冷却至室温，
得到炭化产物并将其用研钵研磨至粉末状；
[0011](3)将步骤(2)得到的粉末用盐酸溶液洗至中性，再用蒸馏水和无水乙醇交替冲洗，烘干得到产物A；
[0012](4)将步骤(3)得到的产物A和银盐、镱盐放入水中，震荡混合均匀后烘干，得到混合固体物；
[0013](5)将步骤(4)所述混合固体物于氮气氛围下进行热解反应，以升温速率为10
±
1℃/min升温至500～700℃，并保持温度热解反应1～5h，反应结束后在氮气保护下冷却至室温，得到炭化粉末；
[0014](6)将步骤(5)所述炭化粉末用盐酸溶液冲洗后再用无水乙醇和去离子水交替洗涤去除杂质，最后经干燥即为所述改性生物炭。
[0015]进一步地，步骤(1)是将菌渣在70～100℃下烘10～12小时，然后粉碎过40～60目筛，得到菌渣粉末。
[0016]进一步地，步骤(2)是将菌渣粉末与1.4～1.6mol/L NaOH以1:3～1:5的固液比均匀混合，浸泡3～5h后在70～100℃下干燥6～12h。
[0017]进一步地，步骤(2)、(5)所述氮气的流速50
‑
500mL/min。
[0018]进一步地，步骤(3)所述盐酸的浓度为0.5～1mol/L；所述烘干温度为70～100℃，烘干时间为3～6h。
[0019]进一步地，步骤(4)所述A与银盐、镱盐的质量比为1:0.3～0.8:1.2～1.7；震荡速度为60～120rpm，震荡时间为30～60min；烘干温度为70～100℃，烘干时间为10～12h。
[0020]进一步地，步骤(6)所述盐酸的浓度为0.05～0.1mol/L；所述烘干温度为70～100℃，烘干时间为3～6h。
[0021]本专利技术提供上述制备方法制备的改性菌渣生物炭，所述改性生物炭的比表面积为670～676m2·
g
‑1、孔容为0.63～0.66cm3·
g
‑1、孔径为3nm以上。
[0022]本专利技术提供述制备方法制备的改性菌渣生物炭的应用，其特征在于，所述改性生物炭的应用是作为抗生素吸附剂。
[0023]进一步地，所述抗生素为环丙沙星；所述改性生物炭用于环丙沙星的吸附，最大吸附容量分别在310mg/g以上。
[0024]本专利技术的原理是：本专利技术利用金属银和稀土金属镱改性菌渣制备成一种新型的改性生物炭，为农业废弃物的处理处置提供了新思路，为抗生素废水的处理提供了新方法，同时有助于碳的封存，减少二氧化碳排放，从而减缓温室效应；此外，本专利技术拓宽了稀土元素在材料领域的应用范围。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1.本专利技术提供了一种双金属改性生物炭及其制备方法，选取农业废弃物菌渣为生物质原料，将其与银盐和镱盐两种盐充分混合，将混合物炭化制备成新型的生物炭，一方面，银盐和镱盐改性的双金属改性生物炭对抗生素吸附的能力显著提升了，另一方面，原料菌渣作为农业废弃物来源广泛，达到以废制废的效果，且改性生物炭制备过程中操作过程简单、安全。
[0027]2.本专利技术利用两种金属改性剂使得生物炭的比表面积显著增大，是未改性的生物炭的48倍以上，孔容也得到增大，是空白组生物炭的23倍以上；得到的新型生物炭的具有多
孔结构，这与未改性的生物炭截然不同；这种结构一方面增大了生物炭的表面积，从而提高了其对污染物的吸附能力；另一方面，有利于污染物在生物炭孔隙内部的扩散，缩短吸附所需的时间。
[0028]3.本专利技术利用银镱改性得到的生物炭对抗生素有加强的吸附能力，其在25℃下直接用于环丙沙星的吸附，最大吸附容量分别达到312.50mg/g，远高于其他材料对环丙沙星的吸附能力。
附图说明
[0029]图1为空白组未改性生物炭的扫描电镜图。
[0030]图2为实施例1改性生物炭的扫描电镜图。
[0031]图3为煅烧温度对改性生物炭吸附环丙沙星效果的影响关系图。
[0032]图4为煅烧时间对改性生物炭吸附环丙沙星效果的影响关系图。
[0033]图5为硝酸镱添加量对改性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性菌渣生物炭的制备方法，其特征在于，是以银盐、镱盐和菌渣为原料，进行隔氧高温热解，即可得到所述改性生物炭。2.根据权利要求1所述改性菌渣生物炭的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将菌渣清洗、烘干、粉碎，得到菌渣粉末；(2)将菌渣粉末放于氢氧化钠溶液中浸泡，干燥后置于管式炉中，在氮气氛围中以10
±
1℃/min的速率加热到750～950℃保持1～5h，反应结束后在氮气保护下冷却至室温，得到炭化产物并将其用研钵研磨至粉末状；(3)将步骤(2)得到的粉末用盐酸溶液洗至中性，再用蒸馏水和无水乙醇交替冲洗，烘干得到产物A；(4)将步骤(3)得到的产物A和银盐、镱盐放入水中，震荡混合均匀后烘干，得到混合固体物；(5)将步骤(4)所述混合固体物于氮气氛围下进行热解反应，以升温速率为10
±
1℃/min升温至500～700℃，并保持温度热解反应1～5h，反应结束后在氮气保护下冷却至室温，得到炭化粉末；(6)将步骤(5)所述炭化粉末用盐酸溶液冲洗后再用无水乙醇和去离子水交替洗涤去除杂质，最后经干燥即为所述改性生物炭。3.根据权利要求2所述改性菌渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)是将菌渣在70～100℃下烘10～12小时，然后粉碎过40～60目筛，得到菌渣粉末。4.根据权利要求2所述改性菌渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)是将菌渣粉末与1.4～1.6m...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴烈善，唐瑜鸿，郝佳杰，王欣婷，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：