利用钛石膏制备磁性生物炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，属于生物炭制备和废弃物回收技术领域。本发明专利技术为实现咖啡渣生物质、钛石膏的资源化利用，并制备得到高性能的磁性生物炭材料，提供了一种利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，该方法以咖啡渣为主要碳源，海藻酸钠为交联剂，钛石膏为铁源赋磁，通过对物料比例、煅烧条件等进行优化，采用直接热解法经高温煅烧制备咖啡渣磁性生物炭，实现了咖啡渣、钛石膏等废弃物的资源化利用，所得磁性生物炭性能优异。异。异。

【技术实现步骤摘要】
利用钛石膏制备磁性生物炭的方法


[0001]本专利技术属于生物炭制备和废弃物回收
，具体涉及一种利用钛石膏制备磁性生物炭的方法。

技术介绍

[0002]生物炭原材料来源广泛，吸附效果好，生物降解性好，总碳和有机碳含量较高，但由于生物炭粒径小，密度低，在水溶液介质中难以分离，固液分离需通过抽滤和离心实现，限制了生物炭在水体中的应用。此外，传统的生物炭均为单一组分材料，其吸附能力较弱，难以满足实际生产需求。因此，如何将多种生物炭复合形成新型功能生物炭材料成为近年来研究热点之一。针对这一问题，目前可以通过对生物炭进行赋磁，在生物炭表面负载金属物质或引入金属氧化物，金属盐等方法制备磁性生物炭复合材料，得到的磁性生物炭具有更加优异的吸附性能和可回收处理性能。
[0003]但目前，大部分研究均采用三氯化铁或其他铁盐作为铁源赋磁。例如CN202111577281.3公开了一种磁性生物炭，其制备方法包括以下步骤：将玉米秸秆洗净，烘干，去除外皮，研磨，过筛，得玉米秸秆粉末备用；将处理好的玉米秸秆粉末浸入含有Fe2、Fe
3+
的水溶液中，调节pH至碱性，调节过程连续30min，密封住容器口进行反应，室温下静置，经水洗，过滤，烘干后备用；将经过上述处理的生物质材料填入坩埚中，压实，填充氮气绝氧，热解，冷却后研磨过筛，得到磁性生物炭。
[0004]同时，咖啡作为全球最受欢迎的饮料之一，大量的咖啡渣在这种饮料的使用过程中产生。咖啡渣含有大量的有机化合物，如脂肪酸，木质素，纤维素和半纤维素等，所以咖啡渣是一种典型的生物质废物。但目前来说，咖啡渣没有相应处理的市场，只能在垃圾填埋场填埋或焚烧。
[0005]攀枝花拥有世界罕见的超大型复杂多金属伴生钒钛磁铁矿矿床，被誉为“富甲天下的聚宝盆”，境内钛保有资源储量(以TiO2计)占全国储量的93％，为全球的32％，居世界第一位，钛白生产是攀枝花工业的重要组成。攀枝花钛白生产尤以硫酸法为主，该工艺生产过程中产生的酸性废水需要加入石灰石等物质进行中和，此时就会产生大量钛石膏废渣，钛石膏的主要成分为硫酸钙，并含有大量的铁混合杂质。目前攀枝花工业产生的钛石膏绝大部分都在尾矿渣场作堆存处置，综合利用率低。
[0006]因此，如何对咖啡渣生物质进行废物利用，而且开发钛石膏的资源化利用的新途径，得到高性能的磁性生物炭材料，以应用于环境污染治理中，是一个值得研究的方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术为实现咖啡渣生物质、钛石膏的资源化利用，并制备得到高性能的磁性生物炭材料，提供了一种利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，其包括以下步骤：
[0008]咖啡渣和钛石膏经干燥、研磨过筛预处理后，与海藻酸钠和水混匀，压制形成凝胶球，经静置交联后，再进行烘干，最后经高温煅烧，即得钛石膏
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咖啡渣磁性生物炭；其中，所
述咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.25～1：0.2～2；所述高温煅烧的温度为480～800℃。
[0009]优选的，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.5
±
0.1：0.25
±
0.05。
[0010]优选的，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述高温煅烧的温度为500～550℃。
[0011]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述凝胶球的粒度为1.8～2mm。
[0012]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述静置交联的时间为12～16h。
[0013]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述高温煅烧的时间为2～6h。
[0014]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述烘干的温度为100～110℃。
[0015]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述烘干的时间为3～6h。
[0016]其中，上述利用钛石膏制备磁性生物炭的方法中，所述钛石膏中铁含量3～10wt％。
[0017]采用上述方法，本专利技术制备得到了一种咖啡渣
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钛石膏磁性生物炭，其为黑色球状体，尺寸大小均匀、形状均一、硬度良好，特别是其碘吸附值可高达715.1017mg/g，并且具有高稳定性，多次解吸后仍能保持高碘吸附值。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术以咖啡渣为主要碳源，海藻酸钠为交联剂，钛石膏为铁源赋磁，采用直接热解法经高温煅烧制备咖啡渣磁性生物炭，实现了咖啡渣、钛石膏等废弃物的资源化利用。本专利技术所得磁性生物炭尺寸大小均匀、形状均一、硬度良好；通过对物料比例、煅烧条件等进行优化，使磁性生物炭的碘吸附值可高达715.1017mg/g，并且具有高稳定性，多次解吸后仍能保持高碘吸附值，且本专利技术方法能够直接得到固型磁性生物炭，更有利于其实际应用，方便回收、解吸和再利用。此外，相对于传统采用三氯化铁等铁盐作为铁源赋磁，本专利技术所得磁性生物炭性能更优异，且成本更低，值得推广应用。
附图说明
[0020]图1为本专利技术利用钛石膏制备磁性生物炭的工艺流程图。
[0021]图2为以钛石膏或三氯化铁作为铁源赋磁制备所得磁性生物炭实物图；其中，左侧为钛石膏为铁源赋磁，右侧为三氯化铁为铁源赋磁。
[0022]图3为以钛石膏作为铁源赋磁制备所得磁性生物炭的SEM图。
[0023]图4为以三氯化铁作为铁源赋磁制备所得磁性生物炭的SEM图。
具体实施方式
[0024]具体的，利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，包括以下步骤：
[0025]咖啡渣和钛石膏经干燥、研磨过筛预处理后，与海藻酸钠和水混匀，压制形成凝胶球，经静置交联后，再进行烘干，最后经高温煅烧，即得钛石膏
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咖啡渣磁性生物炭；其中，所述咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.25～1：0.2～2；所述高温煅烧的温度为480～800℃。
[0026]咖啡豆需要经过200℃左右的高温炒制才得到咖啡，咖啡煮沸浸泡后再得到咖啡渣，在高温炒制过程中咖啡渣内部纤维已经有一定碳化，所以咖啡渣本身已经具备一定的生物吸附能力；同时咖啡渣具有较高的纤维韧性强度，因此以咖啡渣为原料，更适宜以成分复杂的钛石膏作为铁源赋磁制备磁性生物炭。
[0027]本专利技术方法适用于本领域内常见钛石膏；本领域内，钛石膏中铁含量一般为3～10wt％。
[0028]本专利技术为了实现钛石膏的资源化利用，将其作为铁源赋磁，用于制备磁性生物炭。而由于钛石膏成分十分复杂，为获得性能优异的磁性生物炭，本专利技术对工艺进行了大量优化。经试验，控制咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.5
±
0.1：0.25
±
0.05，控制高温煅烧的温度为500～550℃，所得磁性生物炭性能更佳。
[0029]本专利技术方法中，根据搅拌粘度适当调整水的加入量，使各固体物料混合均匀，并便于压制。
[0030]为便于煅烧，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：咖啡渣和钛石膏经干燥、研磨过筛预处理后，与海藻酸钠和水混匀，压制形成凝胶球，经静置交联后，再进行烘干，最后经高温煅烧，即得钛石膏
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咖啡渣磁性生物炭；其中，所述咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.25～1：0.2～2；所述高温煅烧的温度为480～800℃。2.根据权利要求1所述的利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，其特征在于：所述咖啡渣、海藻酸钠和钛石膏的质量比为1：0.5
±
0.1：0.25
±
0.05。3.根据权利要求1所述的利用钛石膏制备磁性生物炭的方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为500～550℃。4.根据权利要求1所述的利用钛石膏...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍斌，郑毅，胡耀，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：