一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法和应用，以废弃鸭毛为原料，来源广且价格低廉、富含N、S和O等吸附位点，经过低温交联、中温炭化和高温处理得了高比表面积的多级孔石墨烯生物炭吸附材料，加入三聚氰胺做为N源进一步提高了N活性位点，极大的提高了材料的比表面积和孔体积，促进废弃鸭毛的高附加值利用，为具有竞争力的低成本生物吸附处理废水提供了新的思路。吸附处理废水提供了新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法和应用

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[0001]本专利技术涉及污水处理
，具体涉及一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法和应用。

技术介绍
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[0002]目前随着全球经济的不断增长，被用于工业生产(如纺织、造纸、皮革、橡胶、塑料、食品、印刷、电镀等)的有机染料，产生了大量含有有机染料的废水。在常用的有机染料中，亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(Rh B)、刚果红(CR)、酸性橙(G7)和甲基橙(MO)等具有高毒性和致癌性。毫无疑问，未经处理的染料废水排放到环境中，不仅会打破水中的生态平衡，而且会危害人类的健康。
[0003]寻找一种有效的方法来去除废水中的有机染料已经变得越来越迫切和迫切。迄今为止，已经开发了许多消除有机染料的技术，如化学混凝、膜分离、离子交换、电化学处理、吸附和生物降解等。在上述方法中，吸附法以其操作简便、经济高效、环境友好等优点被认为是最具竞争力的方法之一。因此，寻求低成本、高性能的吸附剂去除高浓度有机染料具有重要的应用前景。在众多吸附剂中，活性炭(AC)因其较大的比表面积和可控的多孔结构而被广泛应用。制备活性炭原料可以来源于糖、碳纳米管、还原氧化石墨烯、聚合物，也可以来源于废弃生物质。从更可持续的角度来看，利用废弃的生物质作为吸附剂，可以缓解环境污染和材料成本方面的作用。而鸭毛是常见的有机废弃物之一，仅小部分被高值利用，大部分被焚烧处理，潜在的价值并没有得到很好的开发利用。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是提供一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法和应用。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0006]一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007](1)将鸭毛用清水和表面活性剂洗净、烘干备用；
[0008](2)将步骤(1)干燥后的鸭毛在氩气条件下180
‑
240℃低温交联6
‑
10h，然后350
‑
550℃中温炭化1
‑
3h，得到鸭毛炭；
[0009](3)将步骤(2)的鸭毛炭与K2CO3、三聚氰胺混合均匀，将其在氩气条件下加热到700
‑
900℃进行高温处理1
‑
3h，然后使用稀盐酸和去离子水洗涤、过滤、干燥，得到高比表面积的多孔鸭毛活性炭吸附材料。
[0010]鸭毛、K2CO3和三聚氰胺的质量比是1:0.2
‑
0.8:2
‑
4。
[0011]步骤(2)和步骤(3)的升温速率为5
‑
15℃/min。
[0012]步骤(3)稀盐酸的浓度为0.5
‑
2mol/L。
[0013]本专利技术的有益效果如下：本专利技术以废弃鸭毛为原料，来源广且价格低廉、富含N、S和O等吸附位点，经过低温交联、中温炭化和高温处理得了高比表面积的多级孔石墨烯生物
炭吸附材料，步骤(3)加入三聚氰胺做为N源可提供N活性位点，极大的提高了吸附材料的比表面积和孔体积，可进一步提高材料的吸附性能，促进废弃鸭毛的高附加值利用，为具有竞争力的低成本生物吸附处理废水提供了新的思路。
附图说明：
[0014]图1为对比例1中鸭毛生物炭材料的N2吸附
‑
脱附曲线图。
[0015]图2为对比例1中鸭毛生物炭材料的N2吸附
‑
孔径分布曲线图。
[0016]图3为实施例1中鸭毛生物炭材料的N2吸附
‑
脱附曲线图。
[0017]图4为实施例1中鸭毛生物炭材料的N2吸附
‑
孔径分布曲线图。
[0018]图5为实施例1中鸭毛生物炭材料的SEM图。
[0019]图6为实施例1中鸭毛生物炭材料的TEM图。
[0020]图7为实施例1中得到的鸭毛生物炭材料分别对MB、Rh B、G7、CR的吸附等温线。
[0021]图8为实施例1中得到的鸭毛生物炭材料的时间对Rh B和G7吸附量的影响(初始浓度为500mg/L)。
[0022]图9为实施例1中得到的鸭毛生物炭材料对(MB和Rh B)、(MB和CR)、(CR和Rh B)、(Rh B,CR和Rh B)等混合染料吸光度的影响。
具体实施方式：
[0023]以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。
[0024]对比例1：一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法
[0025](1)将市场收集的鸭毛用清水和表面活性剂清洗干净，置于烘箱中干燥备用；
[0026](2)将步骤(1)中的鸭毛置于石英坩埚中，然后将石英坩埚置于管式炉中，在氩气条件下，以10℃/min的升温速率升温至220℃，并保持6h，再以同样的升温速率升温至450℃，并保持1h，得到鸭毛炭；
[0027](3)将步骤(2)中的鸭毛炭和K2CO3按照1：4的质量比混合，放置到石英坩埚中，将坩埚置于100℃的烘箱干燥1h，将干燥好的混合物置于管式炉中，在氩气条件下，以10℃/min的升温速率升温到800℃，并保持2h，得到多级孔石墨烯结构鸭毛生物炭吸附材料。N2吸附
‑
脱附曲线图参见图1。其N2吸附
‑
孔径分布曲线图见图2。
[0028]实施例1：一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法
[0029](1)将市场收集的鸭毛用清水和表面活性剂清洗干净，置于烘箱中干燥备用；
[0030](2)将步骤(1)中的鸭毛置于石英坩埚中，然后将石英坩埚置于管式炉中，在氩气条件下，以10℃/min的升温速率升温至220℃，并保持6h，再以同样的升温速率升温至450℃，并保持1h，得到鸭毛炭；
[0031](3)将步骤(2)中的鸭毛炭、三聚氰胺和K2CO3按照1：0.5：4的质量比混合，放置到石英坩埚中，将坩埚置于100℃的烘箱干燥1h，将干燥好的混合物置于管式炉中，在氩气条件下，以10℃/min的升温速率升温到800℃，并保持2h，得到N掺杂多级孔石墨烯结构鸭毛生物炭吸附材料。N2吸附
‑
脱附曲线图参见图3。其N2吸附
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孔径分布曲线图见图4。其SEM图参见图5，其TEM图参见图6。
[0032]实施例1和实施例2中得到的鸭毛生物炭材料的比表面积(SBET)、孔体积(V)和孔
径(D)参见表1。
[0033]表1
[0034][0035]由表1可知，三聚氰胺不仅作为氮掺杂的氮源，而且作为与K2CO3的协同活化剂促进了孔的生成，显著提高了比表面积、孔体积和表面缺陷。
[0036]应用实施例1：
[0037]将实施例1得到的生物炭对有机染料进行去除实验，MB、Rh B、G7、CR的最大吸收波长分别为665nm、553nm、484nm、494nm，去除率的计算：配制不同浓度的MB、Rh本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂多级孔石墨烯结构的鸭毛生物炭制备方法，该方法包括以下步骤：将鸭毛用清水和表面活性剂洗净、烘干，然后在氩气条件下180
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240℃低温交联6
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10h，然后350
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550℃中温炭化1
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3h，得到鸭毛炭；其特征在于，该方法还包括以下步骤：将鸭毛炭与K2CO3、三聚氰胺混合均匀，将其在氩气条件下加热到700
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900℃进行高温处理1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李清心，王春凤，吴金川，王博茜，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：