一种碱改性生物炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碱改性生物炭及其制备方法与应用，属于环境材料制备技术领域。所述碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：将尿素、氢氧化钠溶于水，得到碱尿溶液，并放置于

【技术实现步骤摘要】
一种碱改性生物炭及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于环境材料制备
，具体涉及一种碱改性生物炭及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]通常情况下，生物炭是通过在缺氧环境中对生物质进行热转化产生的，即热解。生物炭具有较高的比表面积，以及丰富的孔隙结构和表面官能团，同时兼具价格低廉，能够降低废弃生物资源造成环境污染风险的优点，在环境领域获得广泛应用。
[0003]目前生物质热解成生物炭的缺氧环境条件主要是依靠于在热解过程中通入惰性气体的方式实现，但这种方式使得制备大多数在实验室环境，并且需要消耗额外的气体资源。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种碱改性生物炭及其制备方法与应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)将尿素、氢氧化钠溶于水，得到碱尿溶液，并放置于
‑
5～
‑
12℃；
[0007](2)将纤维素加入上述碱尿溶液中，超声处理至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置0.5～1h；
[0008](3)将步骤(2)中静置的溶液加热，得到固体混合物；
[0009](4)将该固体混合物在空气中煅烧，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。
[0010]本专利技术克服传统生物炭在惰性气体环境中制备的苛刻条件，利用碱尿体系溶解纤维素，根据尿素水合物在纤维素络合物外层形成管道包合物的原理，结合在煅烧过程中煅烧尿素及其中间体具有阻燃作用，能够导致纤维素纤维发生氧化分解以外的碳化特点，保证了在生物质在自然氧气环境热解过程中不被氧化。
[0011]作为本专利技术的优选实施方式，所述碱尿溶液中，氢氧化钠的浓度为6
‑
18wt％，尿素的浓度为5
‑
12wt％。
[0012]作为本专利技术的优选实施方式，所述纤维素和尿素的质量比为1:1.6～1:4.5。
[0013]作为本专利技术的优选实施方式，所述超声处理时间为30
‑
60min。超声过程中加入冰，吸收所放出的热量，使超声过程的温度保持不变。
[0014]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(3)中，加热温度为60
‑
80℃。
[0015]作为本专利技术的优选实施方式，煅烧的温度为300
‑
500℃，时间为2小时，升温速率为5～8℃/min。
[0016]本专利技术还要求保护所述碱改性生物炭的制备方法制备的碱改性生物炭。
[0017]所述碱改性生物炭在去除水体中亚甲基蓝的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019](1)本专利技术将尿素包覆在纤维素表面，利用尿素及其中间体在煅烧时的阻燃作用起到隔绝氧气的效果，并且所述碱改性生物炭具有成本低廉、应用范围更广的特点。
[0020](2)本专利技术利用碱性环境进一步提升生物炭的性能，使所述碱改性生物炭具有优异的去除水体中亚甲基蓝的性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1所述碱改性生物炭的SEM图。
[0022]图2为本专利技术实施例1所述碱改性生物炭与生物炭对亚甲基蓝去除率对比图。
[0023]图3为本专利技术实施例1、2和3所述碱改性生物炭对亚甲基蓝去除率对比图。
具体实施方式
[0024]为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0025]实施例1
[0026]一种碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0027](1)将尿素、氢氧化钠溶于水，搅拌均匀得到碱尿溶液，并预冷至
‑
12℃；碱尿溶液中氢氧化钠的浓度为12wt％、尿素的浓度为7wt％；
[0028](2)将3g纤维素加入上述100mL碱尿溶液中，超声处理30min至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置1小时；
[0029](3)将步骤(2)中静置的溶液在80℃下加热，去除大部分水分，得到固体混合物；
[0030](4)将该固体混合物在空气中，升温速率为5℃/min，400℃下的马弗炉煅烧2小时，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。
[0031]对实施例1的得到的碱改性的生物炭进行扫描电子显微镜检测，结果如图1所示。可见，经碱改性后的生物炭结构出现了不同大小的孔洞结构，其表明生物炭对染料的吸附提供更多的吸附位点。相比于未经处理的纯生物炭，经预处理后的碱改性生物炭的孔隙更多且更均匀，空隙结构更发达，微孔增多，理论上此结构有利于对吸附性能的提高。
[0032]实施例2
[0033]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中尿素的浓度为5wt％。
[0034]实施例3
[0035]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中尿素的浓度为12wt％。
[0036]实施例4
[0037]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中氢氧化钠的浓度为6wt％。
[0038]实施例5
[0039]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中氢氧化钠的浓度为18wt％。
[0040]实施例6
[0041]一种碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0042](1)将尿素、氢氧化钠溶于水，搅拌均匀得到碱尿溶液，并预冷至
‑
5℃；碱尿溶液中氢氧化钠的浓度为12wt％、尿素的浓度为7wt％；
[0043](2)将3g纤维素加入上述100mL碱尿溶液中，超声处理60min至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置0.5小时；
[0044](3)将步骤(2)中静置的溶液在60℃下加热，去除大部分水分，得到固体混合物；
[0045](4)将该固体混合物在空气中，升温速率为8℃/min，500℃下的马弗炉煅烧2小时，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。
[0046]对比例1
[0047]一种生物炭的制备方法，包括如下步骤：将3g纤维素在空气中，升温速率为8℃/min，400℃下的马弗炉煅烧2小时，然后水洗，干燥得到生物炭。
[0048]对比例2
[0049]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中尿素的浓度为3wt％。
[0050]对比例3
[0051]一种碱改性生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中尿素的浓度为0wt％。
[0052]对比例4
[0053]一种生物炭的制备方法与实施例1唯一不同的是：碱尿溶液中中氢氧化钠的浓度为0％。
[0054]对比例5
[0055]一种碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0056](1)将尿素、氢氧化钠溶于水，搅拌均匀得到碱尿溶液；碱尿溶液中氢氧化钠的浓度为12w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将尿素、氢氧化钠溶于水，得到碱尿溶液，并放置于
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5℃～
‑
20℃下；(2)将纤维素加入上述碱尿溶液中，超声处理至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置0.5～1h；(3)将步骤(2)中静置的溶液加热，得到固体混合物；(4)将该固体混合物在空气中煅烧，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。2.如权利要求1所述碱改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述碱尿溶液中，氢氧化钠的浓度为6～18wt％，尿素的浓度为5～12wt％。3.权利要求1所述碱改性生物炭的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：董祥，黄晶，潘波，岑启宏，张兰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：