一种水热炭基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于吸附材料技术领域，具体涉及一种水热炭基复合材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种水热炭基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附材料
，具体涉及一种水热炭基复合材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]铵态氮是氨氮的一种存在形式，它既是营养物质又是水体中主要污染物之一
。
铵态氮过量会造成水体富营养化，对人体
、
动物及植物等生命体皆具有一定危害，故国家对水体中氨氮的含量以及排放均设有一定标准，如正常水质要求氨氮含量不得超过
0.2mg/L
，我国现行的环保标准要求氨氮排放限值在
0.02
～
150mg/L
之间，故水体中铵态氮的去除问题早已引起各行业的关注
。
[0003]当前关于铵态氮的去除方法已出现多种，包括化学沉淀
、
增氧曝气
、
生物硝化与反硝化
、
膜分离和吸附等
。
生物硝化与反硝化法适合富氮污水，但需要较长的污泥驻留时间，其他物理化学方法在处理效率
、
成本
、
安全性等方面皆存在一定的弊端
。
吸附法由于工艺简单，现已受到学者广泛关注
。
当前研究中常见的吸附材料包括沸石
、
活性炭
、
生物炭
、
硅藻土和离子交换树脂等
。
虽然这些吸附材料在铵态氮去除上展现出一定效果，但部分产品存在成本高等问题，使得铵态氮去除方法还有待进一步探索与开发
>。
近年来，通过水热炭化技术制备水热炭吸附污水中污染物的研究陆续出现，但目前水热炭吸附的污染物主要为重金属与有机物，研究表明水热炭具备丰富的含氧含氮官能团，这是影响吸附材料性能的关键因素
。
同时水热炭也被认为是一种环境友好
、
价格低廉的经济高效吸附材料，所以将其运用于铵态氮吸附将具有较大潜力
。
[0004]但是常规的水热炭化工艺制得的水热炭已不能满足目标需求，铵态氮不能充分与水热炭进行接触
、
实现有效吸附，导致吸附效率降低
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水热炭基复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的方法制备得到的水热炭基复合材料对于铵态氮具有较高的吸附效率
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种水热炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将生物质原料和金属盐溶液第一混合，进行水热反应，得到水热炭；
[0009]将所述水热炭
、
活性剂和水第二混合，进行煅烧处理，得到所述水热炭基复合材料
。
[0010]优选的，所述生物质原料包括玉米秸秆
、
水稻秸秆和高粱秸秆中的一种或几种；
[0011]所述生物质原料的粒径为
40
目
。
[0012]优选的，所述金属盐溶液中的金属盐包括铝盐
、
镁盐或铁盐；
[0013]所述金属盐溶液的浓度为
0.5
～
1mol/L
；
[0014]所述生物质原料和金属盐溶液的用量比为
1g
：5～
100mL。
[0015]优选的，所述水热反应的温度为
160
～
260℃
，保温时间为3～
7h。
[0016]优选的，所述活性剂包括碳酸钾和
/
或碳酸氢钾
。
[0017]优选的，所述水热炭和活性剂的质量比为1：
0.5
～3；
[0018]所述水热炭和水的用量比为
1g
：
30
～
150mL。
[0019]优选的，所述第二混合的时间为
0.5
～
4h
；
[0020]所述第二混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为
60
～
500rpm。
[0021]优选的，所述煅烧处理的温度为
550
～
750℃
，保温时间为1～
2h
；
[0022]升温至所述煅烧处理温度的升温速率为
5℃/min。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的水热炭基复合材料，所述水热炭基复合材料具有多级孔结构；
[0024]所述水热炭基复合材料的比表面积为
300
～
600m2/g。
[0025]本专利技术还提供了上述技术方案所述的水热炭基复合材料在吸附铵态氮中的应用
。
[0026]本专利技术提供了一种水热炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将生物质原料和金属盐溶液第一混合，进行水热反应，得到水热炭；将所述水热炭
、
活性剂和水第二混合，进行煅烧处理，得到所述水热炭基复合材料
。
本专利技术以生物质为原料，通过添加金属盐采用一锅法水热炭化制备水热炭；然后将水热炭固体与活化剂进行混合，经过煅烧后能够获得多级孔结构的水热炭基复合材料
。
水热和活化相结合可获得丰富的多级孔结构，可以显著提升复合材料的比表面积，在吸附铵态氮的过程中，多级孔结构水热炭基吸附材料主要依靠多级孔结构及孔道内和水热炭表面的官能团发挥吸附作用
。
因此本专利技术得到的复合材料对于水中铵态氮具有较高的吸附性能；且在短时间内可快速
、
大量吸附铵态氮，易于解吸附，适用于铵态氮的快速吸附与解吸附工艺
。
附图说明
[0027]图1为实施例1～3得到的水热炭基材料对铵态氮的吸附效果随时间的变化图；
[0028]图2为实施例2得到的水热炭基材料在不同添加量下对铵态氮的吸附效果图；
[0029]图3为实施例1～
3、
对比例3得到的水热炭基吸附材料的
SEM
图；
[0030]图4为实施例1～
3、
对比例3～5得到的水热炭基吸附材料的表征，其中
(a)
为氮气吸附
/
脱附等温曲线图，
(b)
为累积孔体积与孔径的关系
。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种水热炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]将生物质原料和金属盐溶液第一混合，进行水热反应，得到水热炭；
[0033]将所述水热炭
、
活性剂和水第二混合，进行煅烧处理，得到所述水热炭基复合材料
。
[0034]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品
。
[0035]本专利技术将生物质原料和金属盐溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水热炭基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物质原料和金属盐溶液第一混合，进行水热反应，得到水热炭；将所述水热炭
、
活性剂和水第二混合，进行煅烧处理，得到所述水热炭基复合材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质原料包括玉米秸秆
、
水稻秸秆和高粱秸秆中的一种或几种；所述生物质原料的粒径为
40
目
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中的金属盐包括铝盐
、
镁盐或铁盐；所述金属盐溶液的浓度为
0.5
～
1mol/L
；所述生物质原料和金属盐溶液的用量比为
1g
：5～
100mL。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为
160
～
260℃
，保温时间为3～
7h。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性剂包括碳酸钾和
/
或碳酸氢钾...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玺铭，鄂爽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：