CN108745288A - 一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法 - Google Patents

一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法,涉及磁性生物质炭技术领域。一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,加热至550~600℃后,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,降温后得到热解炭,将热解炭于硫酸溶液反应,固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭.将活化炭于铁溶液,亚铁溶液和尿素溶液反应,反应后,固液分离,将固体洗涤至中性,干燥,得到磁性油茶壳生物质炭。该方法操作简单,制备出来的磁性油茶壳生物质炭表面积大,吸附能力较强。本发明提出一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述方法制成。

Description

一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性生物质炭技术领域,且特别涉及一种对地下水中重金属离子、染料和部分阴离子具有选择性好、吸附性能好、可重复利用的磁性油茶壳生物质炭复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
油茶是中国南方重要的木本油料树种,主要指茶料茶属植物中油脂含量较高,具有栽培经济价值的一类植物的总称。中国年产油茶560多万吨。油茶壳是油茶果加工茶油的副产物,占茶果鲜质量的50%~60%。油茶壳中含有大量木质素、多缩戊糖和鞣质等化学成分,是提取木糖醇、糠醛等工业材料的良好原料,也可以制备高级食用活性炭,还能作培养基生产食用菌等。目前油茶壳这一具有很高利用价值的产品大部分被丢弃浪费,未得到合理应用,且造成一定的环境污染。近年来许多研究者选用油茶壳生物质作为吸附原材料,经处理后其吸附性能得到了改善,但在实际运用中油茶壳的热解率和活化率都比较低,使大部分油茶壳没有得到充分利用,因此制备出来的磁性生物质炭的吸附能力不佳。
发明内容
本发明目的在于提供一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,该方法科学合理,操作简单,制备出来的磁性油茶壳生物质炭的吸附能力较强。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,加热至550~600℃后,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,降温后得到热解炭,将热解炭与硫酸溶液反应,固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭.将活化炭于无机铁盐溶液和尿素溶液反应,压滤固液分离,将固体洗涤至中性,干燥,得到磁性油茶壳生物质炭。
本发明提出一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述磁性油茶壳生物质炭的制备方法制成。
本发明提出的一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法的有益效果是:
一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,通入氮气后加热至550~600℃。接着,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,其次,将热解炭与硫酸溶液进行活化,,最后进行赋磁;其中,述生物质炭与硫酸溶液的固液比1g:(6-10)mL,优选为1g:8mL;反应的时间为12-18h;优选地,所述反应的温度为25-35℃;在搅拌条件下进行,搅拌的速度为120-180r/min;所述硫酸溶液中的浓度为0.5-1.5mol/L。固液比大则材料表面质子过多,后续洗涤过程更繁琐且费时,固液比小则生物质炭与硫酸反应不充分,材料未达到充分改性的目的。与传统得到热解炭仅仅通入氮气的方式相比,本发明提供的制备方法,在热解油茶壳的时,将温度升至500~600℃后,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,相当于提前将热解炭进行了“欲活化”。然后再将经过“欲活化”的活性炭与硫酸进行活化,也即本发明提供的方法将原料油茶壳进行的两次不同的活化,其活化率高,制备出来的活化炭的比表面积大,不仅能够方便后续进行赋磁,同时制备出来的油茶壳磁性生物质的吸附性能较佳。
一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述磁性油茶壳生物质炭的制备方法制成。通过上述制备方法制成的生物质炭吸附能力较强。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种磁性油茶壳生物质炭及其制备方法进行具体说明。
本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,优选地,氮气的流量为400~480mL/min,在该流速范围下,一方面能够保证氮气充分地保护油茶壳不被氧化,另一方面也能够控制成本。
通入氮气后加热至550~600℃。进一步地,在本实施例较佳的实施方式中,由于油茶壳的热解过程主要为干燥失水、热裂解和炭化过程,因此通入氮气后采用分级加热的方式,能够明显提高热解的效率以及提高热解炭的比表面积。具体地,先加热至400℃并保持5~10min,然后再加热至500℃并保持15~20min,最后加热至600℃后保持25~30min。经过发明人的发现,采用分级加热的方式,不仅能够使油茶壳能够充分热解,提高热解效率,同时能够增加其比表面积,提高磁性油茶壳生物质炭的吸附性能。
优选地,先加热至400℃并保持8min,然后再加热至500℃并保持17min,最后加热至600℃后保持30min。利用该操作,制备出来的油茶壳活性炭的比表面积最大。
将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,优选地,将氮气切换为二氧化碳并保持1h,然后降温后得到热解炭。传统得到热解炭仅仅通入氮气的方式相比,本实施例提供的制备方法,在热解油茶壳的时,将温度升至500~600℃后,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,相当于提前将热解炭进行了“欲活化”。
接着,将热解炭进行活化与硫酸反应,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:(6-10)mL,优选为1g:8mL,反应的时间为12-18h;优选地,所述反应的温度为25-35℃;在搅拌条件下进行,搅拌的速度为120-180r/min;所述硫酸溶液中硫酸的浓度为0.5-1.5mol/L;,在该浓度范围内,活化剂能够与热解炭充分接触,活化炭的活化率较高。更为优选地,生物质炭与硫酸溶液的固液比1g:8mL,
需要强调的是,在本实施例中,在热解油茶壳的时,将氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,相当于提前将热解炭进行了欲活化。然后再将经过“欲活化”的活性炭与硫酸进行活化,也即本实施例提供的方法将原料油茶壳进行的两次不同的活化,其活化率高,制备出来的活化炭的比表面积大,不仅能够方便后续进行赋磁,同时制备出来的油茶壳磁性生物质的吸附性能较佳。
其次,将活化炭过140~150μm的筛后,进行赋磁,将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O(0.2mol/L)、去离子水混合,搅拌状态下加热至70~80℃,然后氮气的保护下加入FeCl2·4H2O(0.1mol/L)冷却至35℃以下,滴加尿素沉淀后,优选地,滴加尿素至溶pH10,在搅拌条件下进行,搅拌的速度为120-180r/min,所述反应的时间为24-48h,优选为24h。然后静至12h以上固液分离得到沉淀物,清洗沉淀物,所述固液分离的方式为压滤。在本实施例较佳的实施方式中,为了保证将沉淀物清洗地更加彻底,依次用乙醇、去离子水清洗沉淀物。
需要说明的是,在其他实施例中,还可以采用其他方法对得到的活化炭进行赋磁,比如浸渍法等。
本实施例还提供了一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述磁性油茶壳生物质炭的制备方法制成。通过上述制备方法制成的生物质炭吸附能力较强。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,氮气的流量为480mL/min。通入氮气后加热至600℃。先加热至400℃并保持5min,然后再加热至500℃并保持15min,最后加热至600℃后保持25min。将氮气切换为二氧化碳并保持1h,降温后得到热解炭。其次,将热解炭与硫酸溶液反应,压滤固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭,其中,其中,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:6mL,将活化炭过140μm的筛后,进行赋磁。
实施例2本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,氮气的流量为480mL/min。通入氮气后加热至600℃。先加热至400℃并保持5min,然后再加热至500℃并保持15min,最后加热至600℃后保持25min。将氮气切换为二氧化碳并保持1h,降温后得到热解炭。其次,将热解炭与硫酸溶液反应,压滤固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭.,其中,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:7mL,将活化炭过140μm的筛后,进行赋磁
实施例3
通入氮气后加热至580℃。先加热至400℃并保持10min,然后再加热至500℃并保持20min,最后加热至600℃后保持30min。接着,将氮气切换为二氧化碳并保持1.2h,
其次,将热解炭进行活化,将热解炭与硫酸溶液反应,压滤固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭.,,其中,,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:8mL,将活化炭过150μm的筛后,进行赋磁,将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O(0.2mol/L)、去离子水混合,搅拌状态下加热至80℃,然后氮气的保护下加入FeCl2·4H2O(0.1mol/L)冷却至35℃以下,滴加尿素沉淀后,优选地,滴加尿素至溶液pH为10,在搅拌条件下进行,搅拌的速度为120-180r/min,反应24h,然后静至12h以上,固液分离得到沉淀物,依次用乙醇、去离子水清洗沉淀物至中性。
实施例4
本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,氮气的流量为450mL/min。
通入氮气后先加热至400℃并保持8min,然后再加热至500℃并保持10min,最后加热至600℃后保持28min。
接着,将氮气切换为二氧化碳并保持1.2h,
其次,将热解炭进行活化,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:9mL。
将活化炭过145μm的筛后,进行赋磁,将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O、去离子水混合,搅拌状态下加热至70~80℃,然后氮气的保护下加入FeCl2·4H2O冷却至35℃以下,滴加尿素溶液沉淀后,优选地,滴加尿素至溶液pH为10。然后静至10h以上,固液分离得到沉淀物,清洗沉淀物。
实施例5
本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,氮气的流量为480mL/min。
通入氮气后先加热至400℃并保持5min,然后再加热至500℃并保持15min,最后加热至600℃后保持25min。
接着,将氮气切换为二氧化碳并保持1.5h,
其次,将热解炭进行活化,热解炭与硫酸溶液反应,压滤固液分离,将固体洗涤至中性后干燥,得到活化生物质炭.其中,生物质炭与硫酸溶液的固液比为1g:10mL,。
将活化炭过140μm的筛后,进行赋磁,将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O、去离子水混合,搅拌状态下加热至70℃,然后氮气的保护下加入FeCl2·4H2O冷却至35℃以下,滴加尿素沉淀后,优选地,滴加尿素至溶液pH为10。然后静至12h以上,固液分离得到沉淀物,依次用乙醇、去离子水清洗沉淀物。其中,生物质炭与FeCl3·6H2O和FeCl 2·4H2O溶液的固液比为1g:(10-20)mL:(5-15)ml,如1g:12mL:5ml、1g:13mL:6等。
对比例1
本实施例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,加热至550℃后,将氮气切换为二氧化碳并保持1h,降温后得到热解炭,将活化炭进行赋磁。
将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O、去离子水混合,搅拌状态下加热至80℃,然后氮气的保护下加入FeCl 2·4H2O冷却至35℃以下,滴加尿素至溶液pH为10沉淀后。然后静至12h以上,固液分离得到沉淀物,依次用乙醇、去离子水清洗沉淀物。
本对比例还提供了一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述磁性油茶壳生物质炭的制备方法制成。
对比例2
本对比例提供了一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其包括:将油茶壳进行热解,先通入氮气,氮气的流量为480mL/min。通入氮气后加热至600℃。先加热至400℃并保持5min,然后再加热至500℃并保持15min,最后加热至600℃后保持25min得到热解炭。其次,将热解炭进行活化,生物质炭与硫酸溶液的固液比1g:8mL。将活化炭过140μm的筛后,进行赋磁。将活化炭进行赋磁包括:将活化炭与FeCl3·6H2O、去离子水混合,搅拌状态下加热至80℃,然后氮气的保护下加入FeCl2·4H2O冷却至35℃以下,滴加尿素至溶液pH为10沉淀后。然后静至12h以上,固液分离得到沉淀物,依次用乙醇、去离子水清洗沉淀物。
本对比例还提供了一种磁性油茶壳生物质炭,利用上述磁性油茶壳生物质炭的制备方法制成。
试验例
采用常规方法对实施例1~6、对比例1和对比例2制备得到的油茶壳生物质炭对重金属Pb、Cd的吸附能力进行检测,结果见表1。
表1吸附结果(mg/g)
根据表1可知,通过实施例和对比例1,说明选用硫酸作为活化剂制备的吸附剂吸附性能较好,通过实施例与对比例2对应的Pb、Cd的吸附量相比,实施例1~6对应的Pb、Cd的吸附量较大,说明利用实施例1~6提供的制备方法制备出来的磁性油茶壳生物质的吸附能力较强。说明了在制备热解炭的中,先通入氮气再通入二氧化碳能明显提高磁性油茶壳生物质的吸附能力,
综上所述,本发明提供的一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,制备出来的磁性油茶壳生物质炭的吸附能力较强。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将油茶壳进行热解,先通入氮气,加热至550~600℃后,将所述氮气切换为二氧化碳并保持0.8~1.5h,降温后得到热解炭;
(2)将生物质炭与硫酸溶液反应,固液分离,得到固体物质,将固体物质洗涤至pH值为中性后干燥,得到预处理后的生物质炭;
(3)将预处理后的生物质炭与无机铁盐溶液,尿素溶液条件下反应,反应后固液分离,洗涤至pH值为中性,所得固体再进行第二次干燥,分离,得到磁性油茶壳生物质炭.
(4).根据权利要求1所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,通入流量所述氮气后,先加热至400℃并保持5~10min,然后再加热至500℃并保持15~20min,最后加热至600℃后保持25~30min。
(5).根据权利要求(2)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述生物质炭与硫酸溶液的固液比1g:(6-10)mL,优选为1g:8mL;
(6).根据权利要求(2)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,硫酸溶液中H2SO4的浓度为0.5-1.5mol/L;
(7).根据权利要求(3)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,将所述活化炭进行赋磁包括:将所述活化炭与FeCl3·6H2O、去离子水混合,搅拌状态下加热至70~80℃,然后加入FeCl2·4H2O冷却至35℃以下,滴加尿素沉淀后,静置12h以上,压滤固液分离得到沉淀物,清洗所述沉淀物。
(8).根据权利要求(7)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,滴加所述尿素至溶液pH为10~12。
(9).根据权利要求(7)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,依次用乙醇、去离子水清洗所述沉淀物。
(10).根据权利要求(1)所述的磁性油茶壳生物质炭的制备方法,其特征在于,将所述活化炭赋磁之前,将所述活化炭过140~150μm的筛。
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