CN106976858A - 一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其应用 - Google Patents

一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其应用。该方法包括以下步骤：将日常使用新鲜茶叶渣进行干燥处理；将干燥后茶叶渣在绝氧或缺氧条件下高温焙烧，从而制得茶叶渣生物碳。采用该方法制备的生物碳是一种良好的吸附剂，对水体净化、废气吸收有着良好的吸附作用，也是良好的土壤改良剂。本发明不仅将生活废弃的茶叶渣资源化，用该方法制备的茶叶渣生物碳具有良好的结构稳定性，具有良好的吸附和杀菌能力。同时又为净化水体、吸收废气及土壤改良提供一种新材料和途径。

Description

一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其 应用
技术领域
本发明涉及生物质的资源化利用领域，具体涉及一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其应用。
背景技术
茶源于中国，中国从古至今都有喝茶的习惯，距今已有4千多年的历史，并由于茶中含有多种抗氧化物质与抗氧化营养素等原因，越来随多人喜欢喝茶。目前全球有160多个国家与地区近30亿人喜欢饮茶。仅在我国茶叶销售量逐年增加，2013-2015年茶叶销售量均超过150万吨。茶叶渣作为茶叶使用后的主要废弃物，其生成量巨大。以茶叶渣作为原材料制备生物碳，不仅可以有效利用使用茶叶后的废弃物，茶叶渣生物碳还可作为净水、净气材料改善环境。其中制备本生物碳原材料还可以换为在生产过程中由于工艺等问题产生的不合格茶叶或废渣。
生物碳是近年来颇为热门的课题，一般系指生物质在绝氧或缺氧的环境下，在相对低温(300～700℃)下制备的一类黑炭，其具备良好的多孔微孔结构、高比表面积，以及优良的净水去污功能。优质生物碳可广泛用于土壤修复、污水废气处理等相关领域。生物碳具备碳汇功能，可以缓解由于CO2等温室气体排放而产生的温室效应。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法及其应用。
本发明通过以下技术方案来实现。
一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法，包括以下步骤：
(1)选用日常使用后的新鲜茶叶渣自然风干3-4天，或置于恒温烘干箱，在80～105℃条件下烘干24小时得到初步干燥后的样品；
(2)将干燥后的茶叶渣放置于管式炉中，预通氮气，快速升温至预设温度300℃～500℃下高温焙烧2-4小时，从而制备得茶叶渣生物碳，将所制生物碳密封保存。
一种基于茶叶渣的生物碳制备方法制备得到的茶叶渣生物碳可应用于空气、水体或土壤净化处理装置的净化介质。
上述应用中，利用茶叶渣生物碳和无纺布制作净化滤网。
本发明采取上述技术方案能达到如下效果：
本发明的茶叶渣生物碳作为一类高质黑炭，有良好的吸附能力，能够达到除菌、除味、净化等多种功能：可用于废气吸附剂，化学载体等；用于净化污水、污泥，有效吸附污水、污泥中的氮、磷、钾、重金属离子以及其他污染物(如Pops)等；还可以用作土壤改良剂，如施用于农业领域等，起到改良土壤和净水的双重功效。
本发明的优势在于：
1.原料来源广泛，干净无毒，可废物利用；
2.制作工艺简便，操作轻松，易于规模化生产；
3.可应用于直饮水，效果显著。
附图说明
图1为茶叶渣生物碳的制备工艺图；
图2为茶叶渣生物炭的SEM电镜扫描图；
图3为茶叶渣生物炭的SEM电镜扫描图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
(1)取约50g新鲜生普洱茶叶渣，放在恒温干燥箱内以105℃恒温烘干24小时。
(2)取约10g干燥茶叶渣，置于瓷舟，放置管式炉中，预通氮气20分钟；20分钟升温至500℃，保温120分钟；保持管式炉石英管的封闭状态，自然降温至室温后，从而制备得茶叶渣生物碳。流程工艺图见附图1。
按上述实施例制备的茶叶渣生物碳，进行重金属铜和金属镉的对比静态吸附测试，方法如下：
分别取100mg茶叶渣生物碳、水葫芦生物碳、竹炭、木炭放入250mL的三角瓶中，各加入200mL浓度为50mg/L的Cu(NO3)2溶液和Cd(NO3)2溶液；随后在恒温振荡器中，在(25±1℃)的环境下以160r/min速率匀速振荡24小时,取上清液用原子火焰吸收法检测浓度，计算去除率(％)。测得数据如下表1：
表1
茶叶渣生物碳 水葫芦生物碳 竹碳 活性炭
Cu 87.43 88.6 79.2 84.76
Cd 91.2 90.74 75.41 81.48
Cr 84.37 85.6 71.28 77.84
由表中数据看出，茶叶渣生物碳的吸附效果最好，其原因主要在于其自身的高孔隙度和大比表面积；而且茶叶渣生物碳原料来源广泛(废物利用)，干净无毒；其制备温度较低，成本消耗小。因此，茶叶渣生物碳是一种优质的净化直饮水的吸附材料。
实施例2
取约50g新鲜铁观音茶叶渣，自然风干3天；取约20g干燥茶叶渣，置于瓷舟，放置管式炉中，预通氮气20分钟；20分钟升温至350℃，保温120分钟；保持管式炉石英管的封闭状态，自然降温至室温后，从而制备得茶叶渣生物碳。流程工艺图见附图1。
取用中制备好的茶叶渣生物碳，进行有机污染物的静态吸附试验，方法如下：
分别取100mg、200mg、300mg、400mg茶叶渣生物碳放入250mL的三角瓶中，各加入200mL浓度为50mg/L的亚甲基蓝溶液；随后在恒温振荡器中，在(25±1℃)的环境下以160r/min速率匀速振荡24小时，取一定量的上清液，用原子火焰吸收法检测浓度，计算平均去除率(％)为85.1％。
实施例3
(1)同实例1方法制备茶叶渣生物碳20g，用粉碎机粉碎成粉状，并过100目的筛网；
(2)将制备好的茶叶渣生物碳装入无纺布中铺平压实；
(3)利用3D打印技术制备滤网框架(50cm×50cm)，将无纺布固定在滤网框架中，制成简易空气净化滤网。
取10mL甲醛溶液置于两个表面皿，放入实验箱(箱内设置风扇以保证空气流通)中，经自然蒸发12小时后，取出表面皿，将采样器一端与箱内连结，一端连结采样管(内装10mL蒸馏水以吸收甲醛气体)。该实验每隔1h采样一次，用空气流动分析仪器检测甲醛净化前后的浓度。所得数据如下：
表1 20g茶叶渣生物炭对甲醛净化率
时间 甲醛浓度(mg/m3) 净化率(％)
初始浓度 0.174
1小时采样 0.108 37.84
2小时采样 0.085 51.07
3小时采样 0.058 66.54
4小时采样 0.038 78.1
5小时采样 0.024 86.43
6小时采样 0.029 83.45
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选用茶叶渣自然风干3-4天，或置于恒温烘干箱，在80～105℃条件下烘干24小时得到干燥后的茶叶渣；
（2）将干燥后的茶叶渣放置于管式炉中，预通氮气，快速升温至预设温度300℃～500℃下高温焙烧2-4小时，从而制备得茶叶渣生物碳，所以制得生物碳密封避光保存。
2.权利要求1所述的基于日常饮用茶水剩余茶叶渣的生物碳制备方法制备得到的茶叶渣生物碳应用于空气、水体或土壤净化处理装置的净化介质。
3.根据权利要求2所述应用，其特征在于，利用茶叶渣生物碳和无纺布制作净化滤网。
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