【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸附材料，尤其是一种金属掺杂低共熔溶剂基水热炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水体的重金属污染是一个严重的环境问题，其过度积累对人类健康和环境造成了严重威胁，已经受到了国际社会的广泛关注。水污染是一种复杂的现象，混合重金属污染频繁发生。镉（cd）和锌（zn）具有相似的地球化学性质，经常结合为水污染物。cd是毒性最强的元素之一，也被归类为ⅰ类致癌物。持续暴露于镉可能会对人体造成有害和不可逆的损伤，包括代谢紊乱、神经损伤、肾功能衰竭、骨质疏松症和癌症。zn是cd的同源物，过量zn对人类健康的各种不良影响，包括刺激皮肤、胃痉挛、恶心和贫血等。因此，开发去除cd和zn以减少对生物体的损害的技术是至关重要的。
2、目前，去除水中cd和zn的技术方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法等。其中，吸附技术因其高效、易用性、经济可行性和环境安全等优点而受到国际上的广泛关注。生物炭是一种可持续且环保的黑炭，由于其较强的吸附能力，已被用来去除水介质中的各种污染物。生物炭是一种富含碳的固体，在环境治理方面显示出巨大潜力。根据制备条件的不同，生物炭可以分为热解炭和水热炭。
3、水热炭化法（htc，hydrothermal carbonization）是一种在密闭容器中，以生物质材料为原料，以水为反应过程中的介质，在150-375℃下，伴随着一定的自生压力合成富碳产物的过程。与传统的热解法制炭的巨大能耗不同，水热法制炭的反应温度较低，反应过程不会受到原料中水分含量和炭含量的限制，反应过程耗能小，是一种高
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种金属掺杂低共熔溶剂基水热炭及其制备方法和应用。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种金属掺杂低共熔溶剂基水热炭的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将秸秆清洗、干燥、破碎后，得到秸秆粉末；
5、（2）将所得的秸秆粉末加入尿素基低共熔溶剂-水混合溶剂中，水热炭化处理，所得固体清洗干燥，得到低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料；
6、其中，水热炭化处理时的温度为170-220℃，炭化时间为12-36 h；所述干燥的温度为50-90℃；
7、（3）将低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料与金属无机盐混合进行机械改性，水洗干燥得到金属掺杂低共熔溶剂基水热炭；
8、其中，所述机械改性为机械球磨改性，机械球磨的转速为500-1500 rpm，所述干燥的温度为50-90℃。
9、进一步地，所述水热炭化处理过程中，尿素基低共熔溶剂-水混合溶剂为尿素基低共熔溶剂和水的混合物，低共熔溶剂和秸秆的质量比为1:1-1:4，再优选的为1:2，且加水量为5-9 ml/g，再优选的5-6g/ml。
10、进一步地，所述金属无机盐包括镧无机盐、铁无机盐、镁无机物、锌无机盐和钙无机盐中的一种或几种。
11、进一步地，所述低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料和金属无机盐的质量比为1:2-6。
12、进一步地，所述球磨转速为550 rmp，所述机械球磨时间为0.5-8 h，优选的，所述的球磨时间为0.5-4 h，再优选的为4 h。
13、进一步地，所述水洗的洗涤次数为2-4次，再优选的3-4次。
14、进一步地，所述干燥温度为50-90℃，保温时间8-24 h，再优选的12-24 h。
15、如上所述方法制得的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭。
16、进一步地，所述水热炭材料包括秸秆水热炭、低共熔溶剂改性秸秆基水热炭和金属掺杂低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料。
17、如上所述的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭在制备和/或作为同时去除废水中的cd和zn吸附材料的应用。
18、本专利技术取得的优点和积极效果为：
19、1、本专利技术方法引入的金属与磷酸根生成羟基磷灰石沉淀、离子交换作用及配位络合作用吸附氨氮，吸附容量大，吸附速度高，有害物质去除率高；同时，本专利技术的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭的吸附和脱附是可逆的反应，可以循环使用，具有很大的经济价值和环保价值。结果表明，本专利技术制备的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭作为吸附剂，对废水中的cd、zn的累计去除率接近100%，磷的累计去除率高达100%。
20、2、本专利技术方法通过在秸秆水热炭化过程中加入尿素基低共熔溶剂，实现水热炭化过程中原位掺入氮基官能团并提高水热炭的官能团的含量。低共熔溶剂的加入会提高秸秆在水溶剂中的溶解度、提高秸秆基固体炭产率，得到的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭吸附容量大。
21、3、本专利技术方法以金属无机物为活性组分，通过机械球磨法引入金属镧进行改性，得到目标吸附材料。通过在炭化过程引入尿素基低共熔溶剂的方法一方面能够增大秸秆生物质的溶解度、提高水热炭产率，另一方面增大秸秆基水热炭的官能团（含氧官能团），还能实现原位掺入含氮官能团。通过机械球磨改性的方法，一方面能够避免秸秆基水热炭原官能团的损失，另一方面可减少金属的团聚，增加活性金属的分散度。
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1.一种金属掺杂低共熔溶剂基水热炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水热炭化处理过程中，尿素基低共熔溶剂-水混合溶剂为尿素基低共熔溶剂和水的混合物，低共熔溶剂和秸秆的质量比为1:1-1:4，且加水量为5-9 mL/g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属无机盐包括镧无机盐、铁无机盐、镁无机物、锌无机盐和钙无机盐中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料和金属无机盐的质量比为1:2-6。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述球磨转速为550 rmp，所述机械球磨时间为0.5-8 h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水洗的洗涤次数为2-4次。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述干燥温度为50-90℃，保温时间8-24 h。
8.如权利要求1至7任一项所述的制备方法制得的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭。
9.根据权利
10.如权利要求8或9所述的金属掺杂低共熔溶剂基水热炭在制备和/或作为同时去除废水中的Cd和Zn吸附材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种金属掺杂低共熔溶剂基水热炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水热炭化处理过程中，尿素基低共熔溶剂-水混合溶剂为尿素基低共熔溶剂和水的混合物，低共熔溶剂和秸秆的质量比为1:1-1:4，且加水量为5-9 ml/g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属无机盐包括镧无机盐、铁无机盐、镁无机物、锌无机盐和钙无机盐中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述低共熔溶剂改性秸秆基水热炭材料和金属无机盐的质量比为1:2-6。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述球磨转速...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭海心，王佳锐，魏孝成，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：
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