一种生物碳及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新材料制备技术领域，具体涉及一种生物碳及其制备方法和应用。本发明专利技术利用藻渣与氢氧化钾一步热解制备生物碳，氢氧化钾与藻渣的混合过程中，促进藻渣中的有机组分的释放，有利于后续热解阶段氢氧化钾与藻渣的充分接触，并且氢氧化钾在热解时作为支撑体，促进生物碳形成丰富的孔隙结构，使制得的生物碳结构更加蓬松，微观结构中片层结构明显增加，并且颗粒分散均匀，比表面积大大增加，进而提高吸附性能。本发明专利技术制备的生物碳对模拟废水中有机污染物的吸附量大，且对于不同种污染物均具有良好效果，对阴离子染料甲基橙的吸附容量达244.63mg/g，对阳离子染料亚甲基蓝的吸附容量达485.43mg/g。达485.43mg/g。达485.43mg/g。

【技术实现步骤摘要】
一种生物碳及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料制备
，具体涉及一种生物碳及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会生产和人类生活需求的增加，印染行业快速发展，人们对染料的丰富度、着色度、抗降解有了更高的要求，这使得染料的制备及印染操作的过程中会产生大量的高负荷废水。染料废水的成分复杂，具有溶解度高、色度深、难生物降解、有毒有害物质含量高等特点，对排放周边的水生生物及生态环境具有较大的危害。因此，妥善处理水体中的废弃染料对有效缓解水体污染具有积极的意义。吸附法是处理染料废水方法中较为常用的物理方法，它利用吸附剂具有丰富的孔结构及表面官能团、比表面积大等性质，对染料等有机和无机污染物进行吸附，该方法操作简单、可重复再生、经济高效。
[0003]微藻是一类以光合为主的单细胞自养生物，广泛分布于淡水、海洋和陆地水环境中，它们不需要肥沃的土地，可以在废水中大规模繁殖并且生长快速。小球藻中富含油脂，是生产生物柴油有希望的候选者，提取油脂后的小球藻藻渣含有极性有机溶剂，直接堆放处理不够安全妥善，可能会造成环境污染，并且这些藻渣废弃物仍然含有丰富的碳水化合物或蛋白质等物质，不进行有效利用会造成资源浪费。中国专利CN108373146A公开了一种藻渣生物炭，用于催化过硫酸盐或单过硫酸盐降解有机污染物，中国专利CN111004053 A公开了一种小球藻水热炭，将磷从污水中循环到农田并促进小麦对磷的利用效率，实现了减磷增效的目的。但是现有技术中利用微藻制得的生物碳材料存在吸附性能不佳的问题。
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技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种生物碳及其制备方法和应用。本专利技术制备得到的生物碳，比表面积大，吸附性能好。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将藻粉依次进行破碎、去除油脂和第一干燥，得到藻渣；
[0008]将所述藻渣、氢氧化钾和水混合后，依次进行第二干燥和研磨，得到混合粉末；
[0009]将所述混合粉末进行热解，得到藻渣碳化物；
[0010]将所述藻渣碳化物依次进行酸洗、水洗和第三干燥，得到所述生物碳。
[0011]优选的，所述藻渣和氢氧化钾的质量比为1:1～5。
[0012]优选的，所述热解的温度为300～900℃。
[0013]优选的，所述热解的时间为1～5h。
[0014]优选的，所述热解的气氛为氮气。
[0015]优选的，所述混合粉末的粒径为1～10μm。
[0016]优选的，所述藻粉为小球藻藻粉。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的生物碳，所述生物碳的比表
面积为40～1500m2/g。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的生物碳在吸附废水污染物中的应用。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0020]本专利技术利用藻渣与氢氧化钾一步热解制备生物碳，氢氧化钾与藻渣的混合过程中，促进藻渣中的有机组分的释放，有利于后续热解阶段氢氧化钾与藻渣的充分接触，并且氢氧化钾在热解时作为支撑体，促进生物碳形成丰富的孔隙结构，使制备得到的生物碳结构更加蓬松，微观结构中片层结构明显增加，并且颗粒分散均匀，比表面积大大增加，实施例结果显示为40～1500m2/g，进而提高吸附性能。实施例的数据表明，本专利技术制备的生物碳对模拟废水中有机污染物的吸附量大，且对于不同种污染物均具有良好效果，对阴离子染料甲基橙的吸附容量达244.63mg/g，对阳离子染料亚甲基蓝的吸附容量达485.43mg/g。
[0021]进一步地，本专利技术以去除油脂后的小球藻藻渣为原料制备生物碳，解决了在热解过程中藻类原材料结构被严重破坏，孔结构容易堵塞结块且孔隙较少的问题，去除油脂后的小球藻藻渣中油脂含量很少，碳水化合物含量相对变高，制备的生物碳具有更优的多孔结构，比表面积进一步增大，生物碳材料的吸附性能进一步提高。
[0022]进一步地，本专利技术的制备方法简单易行，相比于传统的分步骤灼烧制备生物碳的方法效率更高，且化学试剂的种类和用量少，成本更加低廉，制备的生物碳材料吸附性能好。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的生物碳和生物碳在吸附废水污染物中的应用，本专利技术的生物碳比表面积大，为40～1500m2/g，吸附性能好，对废水中染料的吸附效果好。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例中制备生物碳的流程图；
[0026]图2为实施例1～3制得的生物碳对甲基橙和亚甲基蓝的吸附量结果；
[0027]图3为实施例4制得的生物碳材料在低放大倍数下的SEM扫描电镜图；
[0028]图4为实施例4制得的生物碳材料在高放大倍数下的SEM扫描电镜图；
[0029]图5为实施例8制得的生物碳对甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)吸附量结果；
[0030]图6为实施例8(热解时间为150min)制得的生物碳去除废水中甲基橙(浓度为100mg/L)前后实物图；
[0031]图7为实施例8(热解时间为120min)制得的生物碳去除废水中亚甲基蓝(浓度为150mg/L)前后实物图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将藻粉依次进行破碎、去除油脂和第一干燥，得到藻渣；
[0034]将所述藻渣、氢氧化钾和水混合后，依次进行第二干燥和研磨，得到混合粉末；
[0035]将所述混合粉末进行热解，得到藻渣碳化物；
[0036]将所述藻渣碳化物依次进行酸洗、水洗和第三干燥，得到所述生物碳。
[0037]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的材料和设备均为本领域市售商品。
[0038]本专利技术将藻粉依次进行破碎、去除油脂和第一干燥，得到藻渣。
[0039]在本专利技术中，所述藻粉优选为小球藻藻粉。
[0040]本专利技术将小球藻藻粉依次进行破碎、去除油脂和第一干燥，得到小球藻藻渣。
[0041]在本专利技术中，所述破碎前优选还包括将小球藻藻粉与水混合，所述小球藻藻粉与水的用量比优选为10～50g:100～300mL，所述水优选为去离子水。
[0042]在本专利技术中，所述小球藻藻粉的粒径优选为小于10μm。
[0043]在本专利技术中，所述破碎优选包括超声破碎，所述超声破碎的条件优选包括：频率15～25KHz，时间10～30min，间隔1～10s，重复1～3次，所述超声破碎可以使藻细胞破碎更加均匀，以便于在后续去除油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将藻粉依次进行破碎、去除油脂和第一干燥，得到藻渣；将所述藻渣、氢氧化钾和水混合后，依次进行第二干燥和研磨，得到混合粉末；将所述混合粉末进行热解，得到藻渣碳化物；将所述藻渣碳化物依次进行酸洗、水洗和第三干燥，得到所述生物碳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述藻渣和氢氧化钾的质量比为1:1～5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解的温度为300～900℃。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文魁，张雅丽，陈智琴，罗珊珊，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：