一种低温-碱-水热生物炭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温

【技术实现步骤摘要】
一种低温
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碱
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水热生物炭的制备方法


[0001]本专利技术属于生物炭吸附材料制备以及环境污染治理领域，特别涉及一种低温
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碱
‑
水热生物炭的制备方法。

技术介绍

[0002]纺织印染工业为经济的发展做出了重要的贡献，满足了国民市场的需求。然而对环境和水资源的污染问题逐渐引起关注。目前，世界上的染料年产量高达200多万吨。而在染料生产过程中生成众多污染物，导致排放的废水种类多、数量大、成分复杂，不仅有未处理的有机物，还有处理过程中产生的二次污染物。染料的配置原料不同，产生的废水也性质各异。水热生物炭作为一种低成本的吸附剂，正在被广泛用于处理难降解的印染废水。因此,通过低温
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碱预处理制备高吸附性能的水热生物炭具有重要意义。
[0003]由于生物质原料组成成分的复杂以及水热炭化过程的不彻底，导致其水热炭产物对碱性染料的去除率较差，在达到吸附平衡时，染料的色度仍然较大，不能满足排放要求。因此，继续寻找一种对碱性染料吸附性能更好的水热生物炭。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术通过低温下碱/尿素对生物质原料进行预处理，以破坏生物质中纤维素、半纤维素和木质素中连接的氢键及其他化学键结构，使水热炭化程度更完全。此外，尿素和碱预处理能打断生物质原料细胞壁中纤维素、半纤维素与木质素间交联的酯健，使孔隙度增大，这也将有利于水热炭化中介质水的渗透，便于生物质水解，水热炭化更彻底，更完全，生物炭性能也更好。此外，低温下碱和尿素预处理后，能使生物炭具有更丰富的含氧官能团和比表面积，也有利于吸附性能的提升。
[0005]本专利技术的目的在于提供一种吸附性能良好的采用低温
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碱
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水热生物炭的制备方法及其在处理废水中的应用。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种低温
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碱
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水热生物炭的制备方法,具体步骤如下：
[0008]1)将碱和尿素类物质混合得到预处理溶液；
[0009]2)将步骤1)得到的预处理溶液和生物质原料进行混合搅拌，得到混合浆料，再将浆料置于不高于0℃的环境下冷冻；
[0010]3)将步骤2)得到的冷冻后的浆料融化，洗涤干燥后即可得到预处理后的生物质；
[0011]4)将步骤3)得到的预处理后的生物质在无氧环境下进行水热反应，水热反应参数为：70
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100℃反应2
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8h；反应结束后，洗涤、干燥后即可得到改性水热生物炭。
[0012]进一步的，步骤1)中，所述碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙、氨水的任一种或几种。
[0013]进一步的，步骤1)中，所述尿素类物质包括但不限于大颗粒尿素、小颗粒尿素、多肽尿素、缓释尿素、包膜尿素、脲甲醛尿素等的一种或几种。
[0014]进一步的，步骤1)中，预处理溶液中碱的浓度为1
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20wt％；尿素物质的浓度为1
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20wt％。
[0015]进一步的，步骤2)中，生物质原料为植物秸秆、果壳或果核等农业废弃物，使用前需进行粉碎至20
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120目。
[0016]进一步的，步骤2)中，所述混合浆料的浆料比为10g生物质原料：10
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100ml预处理溶液。
[0017]进一步的，步骤2)中，所述不高于0℃为
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20～0℃。
[0018]进一步的，步骤3)中，所述融化过程优选在室温下融化，所述室温指的是温度为10～40℃。
[0019]进一步的，步骤3)中，所述洗涤为利用去离子水洗涤，洗涤至pH为7～7.5。
[0020]进一步的，步骤4)中，所述无氧环境可通过通入氮气来实现。
[0021]进一步的，步骤4)中，水热反应前，需通入氮气至压力为1～2MPa。
[0022]进一步的，步骤4)中，所述洗涤操作优选为：乙醇清洗至滤液接近为无色后，用去离子水再洗至pH呈中性(7～7.5)且无色。
[0023]进一步的，步骤3)和步骤4)中，所述干燥为75
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105℃下干燥。
[0024]进一步的，所述方法中，搅拌优选用磁力搅拌器搅拌，转速为200
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500r/min。
[0025]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的改性水热炭。
[0026]本专利技术还提供了一种处理染料废水的方法，所述方法采用上述改性水热炭吸附污染物。
[0027]进一步的，所述污染物为碱性染料，优选为罗丹明B或亚甲基蓝。
[0028]本专利技术的优点和有益效果是：
[0029]1.与现有生物炭吸附剂效果相比，本专利技术提供的低温
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碱
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水热生物炭对碱性染料的吸附性能大大提高，能够快速达到吸附平衡，同时提高了对染料的去除率；
[0030]2.本专利技术采用低温
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碱
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水热生物炭，是利用化学法进行优化生物炭性能，破坏生物质中化学键结构，使炭化程度更完全，并且能使生物炭具有更丰富的含氧官能团和比表面积，有利于吸附性能的提升。
[0031]3.本专利技术提供的制备方法简易，无需高温操作，仅用常规设备即可实现，且该生物炭能用于碱性染料废水吸附处理，又可以实现农业资源化利用的环境友好型吸附材料提供了研究思路和前期探索。
附图说明
[0032]图1为实施例1低温
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碱
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水热生物炭的扫描电子显微镜照片。
[0033]图2为实施例1低温
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碱
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水热生物炭的傅里叶红外光谱图。
[0034]图3为实施例1低温
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碱
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水热生物炭对罗丹明B去除率对比图。
[0035]图4为实施例1低温
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碱
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水热生物炭对亚甲基蓝去除率对比图。
[0036]图5为实施例2低温
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碱
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水热生物炭不同预处理浓度下对罗丹明B去除率对比图。
[0037]图6为实施例3低温
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碱
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水热生物炭不同预处理浓度下对亚甲基蓝去除率对比图。
[0038]图7为实施例4低温
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碱
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水热生物炭不同预处理条件下对罗丹明B去除率对比图。
[0039]图8为实施例5低温
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碱
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水热生物炭不同预处理条件下对亚甲基蓝去除率对比图。
具体实施方式
[0040]下面通过具体实施例进一步描述本专利技术所述的低温
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碱
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水热生物炭的制备以及效果。同时说明，这些实施例所叙述的
技术实现思路
是说明性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温
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碱
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水热生物炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将碱和尿素类物质混合得到预处理溶液；2)将步骤1)得到的预处理溶液和生物质原料进行混合搅拌，得到混合浆料，再将浆料置于不高于0℃的环境下冷冻；3)将步骤2)得到的冷冻后的浆料融化，洗涤干燥后即可得到预处理后的生物质；4)将步骤3)得到的预处理后的生物质在无氧环境下进行水热反应，水热反应参数为：70
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100℃反应2
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8h；反应结束后，洗涤、干燥后即可得到改性水热生物炭。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，步骤1)中，所述碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙、氨水的任一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，所述尿素类物质包括但不限于大颗粒尿素、小颗粒尿素、多肽尿素、缓释尿素、包膜尿素、脲甲醛尿素等...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈峥，张亚雷，吴宇浩，岳畅，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：