一种絮凝吸附复合炭材料及其制备方法与应用技术

一种絮凝吸附复合炭材料及其制备方法和应用，涉及染料废水处理技术领域。本发明专利技术以水生植物生物质为原料，先通过热解将生物质原料制成生物炭；再通过球磨磁化处理制成微米级磁性生物炭，并通过微波技术将PAC掺杂引入磁性生物炭中，得到絮凝吸附复合炭材料。本发明专利技术采用的制备方法具有工艺简单、制备条件温和、成本低廉等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用。同时，本发明专利技术制得的絮凝吸附复合炭材料具备吸附、促凝双功能以及易于磁性分离等优点，可用于强化处理甲基橙染料废水，表现出效率高、成本低、可循环利用和无二次污染的特点，具有非常高的使用价值和非常好的应用前景。具有非常高的使用价值和非常好的应用前景。具有非常高的使用价值和非常好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种絮凝吸附复合炭材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及染料废水处理
，特别涉及一种絮凝吸附复合炭材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]甲基橙染料属于偶氮染料，是印染废水中典型的有机物污染，在印染过程中会随着废液进入水循环中，引起水体色度的变化，不仅造成视觉污染，而且通过食物链富集到人体后可能导致癌症以及致畸。目前，已有较多关于甲基橙废水治理的技术，吸附法是最常用的物理处理方法。其中，活性炭吸附法能经济、有效的去除印染废水中的有机染料，经处理后的水能达到回用水的标准。
[0003]中国专利文献CN112774630A公开了一种吸附甲基橙的活性炭吸附剂，其先依次利用金属离子、石墨烯对生物质原料进行改性，之后进行煅烧得到活性炭，再利用表面活性剂1 ,1 '
‑
(1 ,2
‑
乙二基)双十六烷基咪唑二溴化物和聚多巴胺依次对活性炭进行改性，基于活性表面剂1 ,1 '
‑
(1 ,2
‑
乙二基)双十六烷基咪唑二溴化物特有的π
‑
π相互作用结构以及表面活性剂和内嵌在活性炭内部的金属离子间的强相互作用，保证表面活性剂能够稳定负载在活性炭内，从而使得吸附剂具有较优异的再生吸附甲基橙性能。在该方案中，至少存在以下不足之处：1、制备吸附材料所采用的工艺流程过于复杂。2、实际用于工业废水处理时，吸附材料的回收操作难度较大。另有中国专利文献CN106984271A公开了一种去除废水中甲基橙和氟离子的复合吸附剂，其是以聚乙烯醇作为碳源，利用聚乙烯醇分子链上的羟基可同铝离子发生强的相互作用，使得铝离子在碳基复合材料中均相分布，利用铝盐在水溶液中成弱酸性，促进聚乙烯醇在水热反应过程中热降解成碳，最后通过稀酸或稀碱溶液浸泡对制备的碳/氧化铝复合材料进行活化，提高其吸附效果。该方案至少存在以下不足：1、制备过程中产生的废液量较大，环保性较差。2、反应时间较长，生产效率偏低，不利于工业化应用。3、实际用于工业废水处理时，不便于对吸附剂进行回收。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种工艺简单、环保的絮凝吸附复合炭材料的制备方法。
[0005]具体而言，本专利技术中制备絮凝吸附复合炭材料的过程主要包括：将以水生植物为原料制备的生物质粉末在保护气氛下进行热解炭化，于合适温度下保温一段时间后得到生物炭；将适量生物炭与磁性铁氧化物的水溶液混合置于球磨罐中，通过球磨机球磨得到磁性生物炭；将适量磁性生物炭分散至PAC的水溶液中，混合均匀后，通过合适功率的微波辐照处理一段时间，即得所述絮凝吸附复合炭材料。
[0006]进一步地，于本专利技术一实施例中，还包括制备生物质粉末的步骤：
以水葫芦为原料，经清洗、烘干、粉碎、过60～100目标准筛后得到所述生物质粉末。
[0007]其中，所述生物质粉末热解炭化时，控制升温速率为5℃/min～10℃/min，之后在700℃～900℃条件下保温1.5h～2.5 h。
[0008]于本专利技术一实施例中，所述磁性铁氧化物为Fe3O4和/或r
‑
Fe2O3。
[0009]于本专利技术一实施例中，所述生物炭和磁性铁氧化物的质量比为（2.5～3.5）:1。
[0010]进一步地，所述生物炭和铝基材料的质量比为（1.5～2）:1。
[0011]优选地，所述微波辐照功率为550 W～650 W；辐照时间为5 min～10 min。
[0012]进一步地，本专利技术还涉及采用上述制备方法制备而成的絮凝吸附复合炭材料。
[0013]于本专利技术一实施例中，还涉及用上述絮凝吸附复合炭材料去除水中甲基橙的应用。
[0014]本专利技术先将以水生植物为原料制备的生物质粉末通过热解制成生物炭，再经过球磨磁化处理制成微纳米级磁性生物炭，然后通过微波辐照将PAC掺杂引入磁性生物炭中，制备得到了絮凝磁性生物炭复合材料。在上述制备工艺中，一方面，水生植物具有大的细胞间隙以及发达的通气组织，由此制备的生物炭具有大量的微孔结构，有利于后续磁性铁氧化物在球磨产生的温度与压力条件下嵌入并稳定结合在生物炭内。另一方面，本专利技术将生物炭与磁性铁氧化物通过球磨工艺进行结合，并将结合得到的磁性生物炭粒度减小到微米或纳米级，制备过程经济性和重现性较好，且球磨之后增加了磁性生物炭的表面积和均匀性，更好地保证了超细磁性生物炭对废水中甲基橙污染物的吸附能力。其三，本专利技术采用微波技术将PAC引入到磁性生物炭材料中，前述结合在生物炭内的磁性铁氧化物与球磨后生物炭表面官能团能够促进PAC在微波辐照条件下与超细磁性生物炭的结合速度与结合稳定性，从而提高掺杂过程的速度与效率。
[0015]与现有技术相比，本专利技术制备絮凝吸附复合炭材料所采用的工艺简单，制备条件温和，具有成本低廉、易于操作、生产效率高、无二次污染的优点，适合工业化应用。在采用上述方法制备的絮凝吸附复合炭材料中，PAC产生的Al
3+
能够与色度分子某些基团进行配位，其水解过程中产生的絮体以及羟基(
‑
OH) 的桥键作用也能够与有机色度分子的配位空间发生联系，进而帮助去除水中的色度分子。同时，该絮凝吸附复合炭材料具有较大的比表面积，可以通过表面吸附使色度物质与水分离，而结合在生物炭内的磁性铁氧化物强化了吸附、絮凝效果，且有利于对絮凝吸附复合炭材料进行磁分离回收。综上，本专利技术制备的絮凝吸附复合炭材料具备吸附、促凝双功能并易于磁性分离。在将其用于强化处理甲基橙染料废水的试验中，上述絮凝吸附复合炭材料也表现出了甲基橙去除效率高、成本低、可循环利用和无二次污染的优点。
附图说明
[0016]图1为实施例中制得的絮凝吸附复合炭材料与对比例中制得的复合炭材料在物理吸附下对甲基橙的去除效果图。
具体实施方式
[0017]为便于本领域技术人员更好地理解本专利技术与现有技术的区别，下面结合具体实施
例来对本专利技术作更进一步的说明，实施例所记载的内容并不能理解为对本专利技术的限制。
[0018]总体而言，以下实施例中均是基于同一技术构思：即先将以水生植物为原料制备的生物质粉末在保护气氛下进行热解炭化，于合适温度下保温一段时间后得到生物炭；再将适量生物炭与磁性铁氧化物的水溶液混合置于球磨罐中，通过球磨机球磨得到磁性生物炭；最后取适量磁性生物炭分散至PAC的水溶液中，混合均匀后，通过合适功率的微波辐照处理一段时间，即得所述絮凝吸附复合炭材料。需要提前说明的是，在下面的实施例中，出于简化表述的目的，仅给出了生物质粉末采用水葫芦为原料的情形，本领域技术人员应当明白，除水葫芦外，其它的水生植物，例如香蒲、美人蕉等同样可应用于实施例中。本专利技术采用水生植物为原料制备的生物质粉末的出发点是由于水生植物普遍具有大的细胞间隙以及发达的通气组织，该特点能够使得热解制备的生物炭具有大量的微孔结构，并有利于后续磁性铁氧化物在球磨产生的温度与压力条件下嵌入并稳定结合在生物炭内。
[0019]实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种絮凝吸附复合炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将以水生植物为原料制备的生物质粉末在保护气氛下进行热解炭化，于合适温度下保温一段时间后得到生物炭；将适量生物炭与磁性铁氧化物的水溶液混合置于球磨罐中，通过球磨机球磨得到磁性生物炭；将适量磁性生物炭分散至PAC的水溶液中，混合均匀后，通过合适功率的微波辐照处理一段时间，即得所述絮凝吸附复合炭材料。2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，还包括制备生物质粉末的步骤：以水葫芦为原料，经清洗、烘干、粉碎、过60～100目标准筛后得到所述生物质粉末。3.如权利要求2所述制备方法，其特征在于：所述生物质粉末热解炭化时，控制升温速率为5℃/min～10℃/min，之后在700℃～900℃条件下保温1.5h～2.5 h。4.如权利要求1
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3中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓓，马亚赟，辛俊亮，曹攀，钱程阳，钱阳，戴修齐，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：