一种磁性生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种磁性生物炭及其制备方法和应用。本发明专利技术采用不锈钢酸洗废液为赋磁剂，结合秸秆制备磁性生物炭；本发明专利技术具有制备工序简单、能耗低、产品附加值高的优势，得到的产品能够有效吸附去除废水中的染料。能够有效吸附去除废水中的染料。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于废物资源化
，尤其涉及一种磁性生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生物炭因具有原材料来源广、成本低、吸附效能高、环境友好等优势成为了研究热点，已被大量应用于水中毒害物质去除。但是，生物炭多为粉末状，往往需要采取过滤、离心等操作十分繁琐的手段回收，极其不利于生物炭的再生及重复利用，限制了生物炭的规模化应用。因此，有必要采取相应的措施来克服生物炭应用时存在难以分离回收的问题。
[0003]通过磁化手段制备磁性生物炭不仅有效的解决生物炭难以分离回收的问题，还强化了生物炭的效能。例如，Yin等人发现磁性生物炭对17β
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雌二醇的吸附容量为93.74mg/g，约是生物炭的1.3倍，且循环利用5次后吸附效能下降低于15％。同样地，Zhao和Liang发现磁性生物炭吸附氟苯尼考的量约是生物炭的1.5倍，且吸附过程中铁离子析出量小于0.116mg/L。可见，磁性生物炭为解决生物炭应用时存在难以分离回收的问题提供了新选择。但是，现阶段制备磁性生物炭多采用过渡金属盐作为赋磁剂，迫使磁性生物炭的应用成本骤增。因此，如何进一步降低磁性生物炭的制备成本，对于发展磁性生物炭环境修复技术意义重大。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种磁性生物炭，能够解决了传统工艺中不锈钢酸洗液资源化处理难的技术问题，还解决了生物炭吸附应用后分离回收难的问题。/>[0005]本专利技术的第二个方面提出了一种上述磁性生物炭的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个方面提出了一种上述磁性生物炭的应用。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种磁性生物炭，所述磁性生物炭的制备原料包括不锈钢酸洗液和秸秆。
[0008]本专利技术中，相对于碳钢酸洗液，不锈钢酸洗液的成分复杂，含有多种重金属，处理难度高。然而，专利技术人经劳动性创造发现，采用不锈钢酸洗液制得的生物炭，其综合性能如比表面积、孔容、孔隙率等均优于采用碳钢酸洗液制得的生物炭。不锈钢酸洗液中的多种重金属离子如铁、铬、镍等能显著所制得的磁性生物炭的吸附性能，且所制得的磁性生物炭还能重复利用。则本专利技术技术方案不仅解决了传统工艺中不锈钢酸洗液资源化处理难的技术问题，还解决了生物炭吸附应用后分离回收难的问题。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，以质量分数计，所述不锈钢酸洗液中铁含量为3％～10％，铬含量为1％～2％，镍含量为0.1％～0.6％。
[0010]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述不锈钢酸洗液为选自马氏体钢酸洗液、铁素体钢酸洗液、奥氏体钢酸洗液、奥氏体
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铁素体钢酸洗液、沉淀硬化不锈钢酸洗液中的
至少一种。
[0011]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述不锈钢酸洗液与所述秸秆的质量体积比为1：(5～10)g/mL；进一步优选为1：5g/mL。
[0012]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述秸秆的粒径为20目～60目；进一步优选的，所述秸秆的含水率为0～30％。
[0013]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述秸秆为选自水稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆中的至少一种。
[0014]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述磁性生物炭的比表面积为150m2/g～300m2/g。
[0015]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述磁性生物炭的孔隙率为0.1cm3/g～0.25cm3/g。
[0016]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种磁性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1：不锈钢酸洗液中加入秸秆，得混合物；
[0018]S2：风干所述混合物后进行缺氧热解，制得磁性生物炭。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述缺氧热解的温度为300℃～600℃；进一步优选为500℃。随着热解温度的升高，磁性生物炭的比表面积迅速增大，使得磁性生物炭的吸附性能增加，但当热解温度升高至600℃后，磁性生物炭中邻近孔隙的聚结作用导致材料孔隙结构被破坏，促使磁性生物炭的比表面积下降。另一方面，随着热解温度升高，会影响材料表面官能团，致使材料表面的羟基、羧基等含氧官能团数量减少，进而影响了材料的吸附能力。
[0020]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述缺氧热解的升温速率为10℃/min。
[0021]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述风干的温度为40℃～60℃，时间为12h～24h。
[0022]根据本专利技术的第三个方面，提出了一种上述磁性生物炭在去除废水中染料的应用。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述废水中染料的浓度为10mg/L～250mg/L。
[0024]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述磁性生物炭的投加量为0.5g/L～2.5g/L；进一步优选为2g/L～2.5g/L。
[0025]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述废水的pH为3～11，进一步优选为pH为6～9。
[0026]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述染料为选自结晶紫、甲基橙、偶氮类染料中的至少一种。
[0027]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用不锈钢酸洗废液为赋磁剂，结合秸秆制备磁性生物炭；不仅解决了传统工艺中不锈钢酸洗液资源化处理难的技术问题，还解决了生物炭吸附应用后分离回收难的问题。本专利技术具有制备工序简单、能耗低、产品附加值高的优势，得到的产品能够有效吸附去除废水中的染料。
附图说明
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0029]图1为本专利技术实施例1的磁性生物炭(a)、(b)及其中的Fe元素(c)、Cr元素(d)、Ni元素(e)SEM图。
[0030]图2为本专利技术实施例1的磁性生物炭BET图。
[0031]图3为本专利技术实施例1的磁性生物炭VSM图。
[0032]图4为本专利技术实施例3的热解温度对磁性生物炭吸附结晶紫的影响图。
[0033]图5为本专利技术实施例4的投加量对磁性生物炭吸附结晶紫的影响图。
[0034]图6为本专利技术实施例5的溶液pH对磁性生物炭吸附结晶紫的影响图。
[0035]图7为本专利技术实施例1的磁性生物炭吸附结晶紫动力学图。
[0036]图8为本专利技术实施例1的磁性生物炭吸附结晶紫等温线图。
[0037]图9为本专利技术实施例1的磁性生物炭吸附结晶紫热力学图。
[0038]图10为本专利技术实施例1的磁性生物炭重复利用性能及金属离子析出情况图。
具体实施方式
[0039]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性生物炭，其特征在于：所述磁性生物炭的制备原料包括不锈钢酸洗液和秸秆。2.根据权利要求1所述的磁性生物炭，其特征在于：以质量分数计，所述不锈钢酸洗液中铁含量为3％～10％，铬含量为1％～2％，镍含量为0.1％～0.6％。3.根据权利要求1所述的磁性生物炭，其特征在于：所述不锈钢酸洗液为选自马氏体钢酸洗液、铁素体钢酸洗液、奥氏体钢酸洗液、奥氏体
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铁素体钢酸洗液、沉淀硬化不锈钢酸洗液中的至少一种。4.根据权利要求1所述的磁性生物炭，其特征在于：所述不锈钢酸洗液与所述秸秆的质量体积比为1：(5～10)g/mL。5.根据权利要求1所述的磁性生物炭，其特征在于：所述磁性生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：易云强，方战强，张凯，王旷，
申请(专利权)人：华南师大清远科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：