CN109012589A - 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 - Google Patents
一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109012589A CN109012589A CN201810971691.8A CN201810971691A CN109012589A CN 109012589 A CN109012589 A CN 109012589A CN 201810971691 A CN201810971691 A CN 201810971691A CN 109012589 A CN109012589 A CN 109012589A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- urea
- charcoal
- selective absorption
- modified
- modified charcoal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 33
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 241000219000 Populus Species 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 claims description 3
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 2
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 2
- 241001553178 Arachis glabrata Species 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 56
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000009938 salting Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 2
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 229910016978 MnOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005899 aromatization reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002366 mineral element Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Fertilizers (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。本发明采用预浸渍的方法，通过尿素对生物质进行处理，而后在热解过程中进行活化改性，制备得到尿素改性生物炭。本发明的尿素改性生物炭的含氮量、对Cr(VI)的去除速率和吸附能力明显高于未改性前的生物炭，具有较高的循环使用性能，绿色节约，使用四次后对Cr(VI)的去除效率仅降低14.73％。
Description
技术领域
本发明涉及生物炭技术领域，具体涉及一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。
背景技术
目前治理铬污染的方法有电解还原法、化学沉淀法、离子交换法、活性炭吸附法、微生物法等。电解还原法由于极板腐蚀、钝化及损耗等问题比较严重，易造成耗电多和处理效果不稳定。化学沉淀法虽简单易行，但处理效果不佳，去除率较低。生物修复处理技术还处于试验论证阶段，对于高浓度富集重金属的生物易于释放重金属的不稳定性还难以实现稳定化处理。目前，对收集的微生物、植物主要采取焚烧填埋的处理方法，容易造成二次污染。吸附法操作简单，处理效果好，而且一些天然的吸附剂如玉米芯子、椰子壳等来源广泛，成本低廉，可以广泛应用于处理含铬废水中。
生物炭是一种被广泛使用的吸附材料，是近些年来的研究热点，其制备原料主要是废弃的生物质，例如：木屑渣、畜禽粪便、秸秆、果壳等农林废物以及各种天然生物质、水生植物、藻类、固体垃圾等在缺氧或绝氧环境中，经低温(一般小于700℃)热裂解后生成的一类难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态产物。生物炭的含碳量大概为50％～80％，N、S、O、P等矿质元素含量较少，灰分含量较高。目前研究表明，生物炭对重金属的去除能力有限，对离子的选择性差。因此，需要对生物炭进行改性，提高生物炭的吸附能力。利用化学试剂通过一定的处理技术活化生物炭，是广泛使用的化学改性方法。
常见改性试剂包括NaOH、KOH、NH3等碱类、MnOx、ZnCl2等矿物质盐类及H2SO4、H3PO4、HCl等酸类。利用H3PO4进行活化，需要在较高温度下进行，较低温度下活化不足，造成效果降低。而用ZnCl2毒性较高，不宜作为改性剂。NaOH、KOH和Na2CO3会与生物炭的含氧官能团发生反应，导致对重金属的去除效率降低。
尿素价格低廉，无毒无害，已被作为化学改性剂修饰生物炭。目前主要用作缓释肥施加到土壤中，降低NH3和NO2的挥发，增加土壤碳储量等，但在重金属污染物处理方面的研究较少。目前，尚未有利用尿素改性生物炭，显著提高生物炭含氮量以及对Cr(VI)进行选择性吸附的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种选择性吸附Cr(VI) 的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生物质粉碎，过筛，得到粉碎后的生物质；
(2)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合均匀，得到混合原料；
(3)将混合原料烘干后，置于马弗炉以5～10℃·min-1的速率升温至650℃并保温1～2h，冷却后得到所述的尿素改性生物炭。
目前的研究主要是通过直接活化原始生物炭的方法制备改性生物炭，本发明采用预浸渍的方法处理生物质，而后在热解过程中进行活化改性，大幅度的提高了生物炭的含氮量，增加对Cr(VI)的选择性吸附能力。本发明制备的尿素改性生物炭利用硝酸对吸附在尿素改性生物炭上的物质进行解吸，具有较高的循环使用性能，绿色节约。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述生物质与尿素的质量比为1:1～5。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述生物质与尿素溶液的混匀时间为24～36h。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的优选实施方式，所述生物质为杨树叶、花生壳、秸秆、玉米芯、果壳中的至少一种。
本发明还提供了一种根据上述方法制备得到的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的优选实施方式，所述尿素改性生物炭的含氮量为9.89wt％～21.51wt％。
本发明采用尿素对生物炭进行活化改性，含氮官能团在裂解过程中被引入到生物炭上，生物炭的含氮量最大可以达到21.51％，这是目前研究发现的生物炭含氮量最高的样品。含氮官能团的引入有助于提高生物炭对Cr(VI)的吸附能力。
本发明还提供了一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，将上述的尿素改性生物炭加入到含Cr(VI)溶液中，吸附时间为20～24h。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述尿素改性生物炭与所述含Cr(VI)溶液的比例为25～30mg:15mL。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述含Cr(VI)溶液还包括可溶性盐，所述含Cr(VI)溶液中可溶性盐的浓度为5～50000mg/L。
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法的优选实施方式，所述可溶性盐包括氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸氢二钠中的至少一种。
在Cr(VI)溶液中添加不同浓度的SO4 2-、Cl-、HPO4 2-、NO3 -，尿素改性生物炭对Cr(VI)具有良好的选择性吸附能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)与通过直接活化原始生物炭制备改性生物炭的方法相比，本发明采用预浸渍的方法处理生物质，而后在热解过程中进行活化改性，大幅度的提高了生物炭的含氮量，增加对Cr(VI)的吸附能力。
(2)在Cr(VI)与不同浓度的SO4 2-、Cl-、HPO4 2-、NO3 -共存的情况下，本发明制备的尿素改性生物活性炭对Cr(VI)具有较高的吸附量。
(3)本发明制备的尿素改性生物炭可利用硝酸进行解吸，具有较高的循环使用性能，绿色节约。
附图说明
图1为实施例1～3和对比例1的生物炭的电子扫描显微镜图；
图2为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附动力学曲线；
图3为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附等温线；
图4为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)与不同浓度SO42-(a)、 NO3 -(b)、Cl-(c)、HPO4 2-(d)共存时的去除效率；
图5为实施例4的尿素改性生物炭4次循环对Cr(VI)的去除效率图；
图中，PB为未改性生物炭；UB1为实施例1的尿素改性生物炭；UB3为实施例2的尿素改性生物炭；UB5为实施例3的尿素改性生物炭。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的一种实施例，本实施例所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)按配比称取杨树叶和尿素；
(2)将生物质粉碎至80目，得到粉碎后的生物质；
(3)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合，生物质与尿素的质量比为1:1，充分混匀24h，得到混合原料；
(4)将混合原料放入105℃烘箱中干燥5h，得到干燥的原料；
(5)将所述干燥的原料放入直径为6cm，高为10cm的不锈钢铁罐中，在马弗炉中以5℃·min-1的速率加热至650℃后保持1h，冷却后取出，得到尿素改性生物炭。
实施例2
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的一种实施例，本实施例所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)按配比称取杨树叶和尿素；
(2)将生物质粉碎至80目，得到粉碎后的生物质；
(3)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合，生物质与尿素的质量比为1:3，充分混匀30h，得到混合原料；
(4)将混合原料放入105℃烘箱中干燥5h，得到干燥的原料；
(5)将所述干燥的原料放入直径为6cm，高为10cm的不锈钢铁罐中，在马弗炉中以10℃·min-1的速率加热至650℃后保持2h，冷却后取出，得到尿素改性生物炭。
实施例3
作为本发明所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法的一种实施例，本实施例所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)按配比称取杨树叶和尿素；
(2)将生物质粉碎至80目，得到粉碎后的生物质；
(3)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合，生物质与尿素的质量比为1:5，充分混匀36h，得到混合原料；
(4)将混合原料放入105℃烘箱中干燥5h，得到干燥的原料；
(5)将所述干燥的原料放入直径为6cm，高为10cm的不锈钢铁罐中，在马弗炉中以10℃·min-1的速率加热至650℃后保持1h，冷却后取出，得到尿素改性生物炭。
对比例1
本对比例未改性生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)将杨树叶粉碎至80目，得到粉碎后的生物质；
(2)将粉碎后的生物质放入105℃烘箱中干燥5h，得到干燥的原料；
(3)将所述干燥的原料放入直径为6cm，高为10cm的不锈钢铁罐中，在马弗炉中以10℃·min-1的速率加热至650℃后保持1h，冷却后取出，得到未改性生物炭。
图1为实施例1～3制备的尿素改性生物炭和对比例1制备的未改性生物炭的电子扫描显微镜图。从图中可以看出，未改性生物炭(PB)和尿素改性生物炭 (UB1、UB3和UB5)在高温裂解过程中形成了大小不同的孔结构，表面孔丰富。
对实施例1～3制备的尿素改性生物炭和对比例1制备的未改性生物炭进行元素分析，表1为不同生物炭的元素组成、原子比、灰分含量。未改性生物炭主要包括C和O两种元素，H和N含量很少。随着尿素使用量的增加，生物炭的 C含量逐渐减小，N含量逐渐增加，说明含氮官能团在裂解过程中被引入到生物炭上。含氮量最大可以达到21.51％，这是目前研究发现的生物炭含氮量最高的样品。可能是由于在制备过程中尿素与生物质充分接触，并在裂解过程中参与反应。
表1
本发明所述选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法：
分别将实施例1～3制备的尿素改性生物炭和对比例1制备的生物炭加入到不同浓度Cr(VI)溶液或者含Cr(VI)的盐溶液中，其中，尿素改性生物炭与所含 Cr(VI)溶液或者含Cr(VI)的盐溶液的比例为25～30mg:15mL；所述的盐溶液浓度为5～50000mg/L，吸附时间为20～24h。
图2为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附动力学曲线。吸附 20h后，实施例1的尿素改性生物炭对单一Cr(VI)溶液的去除率达到42％；实施例2的尿素改性生物炭对单一Cr(VI)溶液的去除率达到50.37％；实施例3的尿素改性生物炭对单一Cr(VI)溶液的去除率达到80.22％；而未改性生物炭对 Cr(VI)的去除率仅有3.47％。吸附速率随着尿素添加量的增加逐渐增加，说明吸附反应为化学吸附，Cr(VI)与尿素改性生物炭间有较强的作用力。
图3为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)的吸附等温线。尿素改性生物炭对Cr(VI)的最大吸附量分别为10.62，10.89和28.25mg/g，明显大于未改性生物炭。
图4为实施例1～3和对比例1的生物炭对Cr(VI)与不同浓度SO4 2-(a)、 NO3 -(b)、Cl-(c)、HPO4 2-(d)共存时的去除效率。不同浓度的SO4 2-、Cl-、HPO4 2-、 NO3 -存在时，PB和UB1样品对Cr(VI)的去除效率均有所提高，说明PB和UB1 与Cr(VI)形成了内层表面络合物。而对于UB3和UB5样品，只有当Cl-、NO3 -和SO4 2-的浓度是Cr浓度的10000倍时，三种阴离子对Cr(VI)产生了竞争作用。
图5为实施例4的尿素改性生物炭4次循环对Cr(VI)的去除效率。第4次时，生物炭对Cr(VI)的去除效率仍然可以达到69.70％，说明尿素改性生物炭可以循环使用，循环使用性能较高。
本发明还可以将杨树叶替换为其它生物质，比如花生壳、秸秆、玉米芯和果壳。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物质粉碎，过筛，得到粉碎后的生物质；
(2)将粉碎后的生物质与尿素溶液混合均匀，得到混合原料；
(3)将混合原料烘干后，置于马弗炉以5～10℃·min-1的速率升温至650℃并保温1～2h，冷却后得到所述的尿素改性生物炭。
2.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物质与尿素的质量比为1:1～5。
3.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述生物质与尿素溶液的混匀时间为24～36h。
4.根据权利要求1所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物质为杨树叶、花生壳、秸秆、玉米芯、果壳中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述方法制备得到的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭。
6.根据权利要求所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭，其特征在于，所述尿素改性生物炭的含氮量为9.89wt％～21.51wt％。
7.一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，其特征在于，将权利要求5或6所述的尿素改性生物炭加入到含Cr(VI)溶液中，吸附时间为20～24h。
8.根据权利要求7所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，其特征在于，所述尿素改性生物炭与所述含Cr(VI)溶液的比例为25～30mg:15mL。
9.根据权利要求7所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，其特征在于，所述含Cr(VI)溶液还包括可溶性盐，所述含Cr(VI)溶液中可溶性盐的浓度为5～50000mg/L。
10.根据权利要求9所述的选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭的应用方法，其特征在于，所述可溶性盐包括氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸氢二钠中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810971691.8A CN109012589B (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810971691.8A CN109012589B (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109012589A true CN109012589A (zh) | 2018-12-18 |
| CN109012589B CN109012589B (zh) | 2019-07-02 |
Family
ID=64627568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810971691.8A Active CN109012589B (zh) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109012589B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109589785A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-04-09 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 基于废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用 |
| CN109847697A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 中山大学 | 一种生物炭基纳米零价铁材料及其制备方法 |
| CN110142024A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 中山大学 | 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用 |
| CN110447493A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-15 | 山东省花生研究所 | 一种提高花生产量的方法以及使用该方法的花生种植方法 |
| CN110624503A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-31 | 中山大学 | 一种淀粉改性的生物炭及其制备方法与应用 |
| CN111154503A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-15 | 复旦大学 | 一种减少生物炭中高毒物质的方法 |
| CN113477227A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-08 | 中国环境科学研究院 | 一种接枝强化生物炭基重金属吸附材料的制备方法 |
| CN114214312A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-03-22 | 辽宁大学 | 一种生物炭加载耐低温高效降解pahs混合菌颗粒及其制备方法和应用 |
| CN115820061A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-21 | 生物炭建材有限公司 | 一种基于光热协同催化的生物炭铜锰氧化物自清洁涂料的制备方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102935352A (zh) * | 2012-01-20 | 2013-02-20 | 北京科技大学 | 一种利用山竹渣吸附清除废液中重金属及六价铬的方法 |
| CN104941589A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-09-30 | 西部矿业股份有限公司 | 一种基于棉花秸秆的多孔生物碳重金属吸附材料的制备方法 |
| CN105833831A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-10 | 北京化工大学 | 一种高效六价铬吸附剂的制备方法及应用 |
| CN106179213A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-07 | 浙江沁园水处理科技有限公司 | 一种纳米α‑Fe2O3改性的活性炭的制备方法及其应用 |
| CN106512950A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-03-22 | 中山大学 | 一种表面活性剂改性沸石吸附剂的制备方法 |
-
2018
- 2018-08-23 CN CN201810971691.8A patent/CN109012589B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102935352A (zh) * | 2012-01-20 | 2013-02-20 | 北京科技大学 | 一种利用山竹渣吸附清除废液中重金属及六价铬的方法 |
| CN104941589A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-09-30 | 西部矿业股份有限公司 | 一种基于棉花秸秆的多孔生物碳重金属吸附材料的制备方法 |
| CN105833831A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-10 | 北京化工大学 | 一种高效六价铬吸附剂的制备方法及应用 |
| CN106179213A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-07 | 浙江沁园水处理科技有限公司 | 一种纳米α‑Fe2O3改性的活性炭的制备方法及其应用 |
| CN106512950A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-03-22 | 中山大学 | 一种表面活性剂改性沸石吸附剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JI ZHANG ET AL.: "Study of chromium(VI) removal from aqueous solution using nitrogen-enriched activated carbon based bamboo processing residues", 《RSC ADVANCES》 * |
| 李婷等: "山竹壳基生物质活性炭的制备及其吸附性能研究", 《化工新型材料》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109847697A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 中山大学 | 一种生物炭基纳米零价铁材料及其制备方法 |
| CN109589785B (zh) * | 2019-02-15 | 2020-07-28 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 基于废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用 |
| CN109589785A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-04-09 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 基于废弃物再生的填埋场VOCs原位高效降解碳基材料的制备方法及应用 |
| US11491444B2 (en) | 2019-02-15 | 2022-11-08 | Institute Of Rock And Soil Mechanics, Chinese Academy Of Sciences | Preparation and application of in-situ high efficient degradation carbon based materials of VOCs in landfill based on waste recycling |
| CN110142024A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 中山大学 | 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用 |
| CN110447493A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-15 | 山东省花生研究所 | 一种提高花生产量的方法以及使用该方法的花生种植方法 |
| CN110624503A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-31 | 中山大学 | 一种淀粉改性的生物炭及其制备方法与应用 |
| CN111154503A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-15 | 复旦大学 | 一种减少生物炭中高毒物质的方法 |
| CN113477227A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-08 | 中国环境科学研究院 | 一种接枝强化生物炭基重金属吸附材料的制备方法 |
| CN113477227B (zh) * | 2021-07-30 | 2022-02-01 | 中国环境科学研究院 | 一种接枝强化生物炭基重金属吸附材料的制备方法 |
| CN114214312A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-03-22 | 辽宁大学 | 一种生物炭加载耐低温高效降解pahs混合菌颗粒及其制备方法和应用 |
| CN115820061A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-21 | 生物炭建材有限公司 | 一种基于光热协同催化的生物炭铜锰氧化物自清洁涂料的制备方法及应用 |
| CN115820061B (zh) * | 2022-12-29 | 2023-07-18 | 生物炭建材有限公司 | 一种基于光热协同催化的生物炭铜锰氧化物自清洁涂料的制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109012589B (zh) | 2019-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109012589B (zh) | 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 | |
| Chen et al. | Past, present, and future of biochar | |
| Zhang et al. | Removal of ammonia nitrogen and phosphorus by biochar prepared from sludge residue after rusty scrap iron and reduced iron powder enhanced fermentation | |
| CN106362690A (zh) | 一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法 | |
| CN106006819A (zh) | 含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法 | |
| CN108144581B (zh) | 碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN105536703A (zh) | 一种一步合成磁性生物炭的制备方法 | |
| CN110237818A (zh) | 一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法和应用 | |
| CN109174026A (zh) | 一种复合型微藻生物吸附剂微球及其吸附废水中铬的方法 | |
| CN107262039A (zh) | 一种高分子生物炭球固定化微藻复合吸附剂及其制备与应用 | |
| CN109438028A (zh) | 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用 | |
| CN110078045B (zh) | 一种基于秸秆的生物炭、土壤汞稳定化药剂及其制备方法 | |
| CN110523379A (zh) | 一种多孔炭的低成本制备方法 | |
| CN107893064A (zh) | 生物炭‑聚乙烯醇联合固定的微藻小球的制备方法及其应用 | |
| WO2020155510A1 (zh) | 用于汞污染农田修复的土壤调理剂及其制备方法与应用 | |
| CN110142026A (zh) | 吸附水体中镉的碱木质素基生物炭高效吸附材料、制备方法及其应用 | |
| Zhao et al. | In-situ retention of nitrogen, phosphorus in agricultural drainage and soil nutrients by biochar at different temperatures and the effects on soil microbial response | |
| CN114132913A (zh) | 一种负载蛤蜊壳热解提高城镇污泥中磷生物利用度及固化重金属的方法与应用 | |
| CN107555414B (zh) | 一种园林废弃物生物质炭及其制备方法和用途 | |
| CN109621895A (zh) | 一种利用改性水生植物生物炭除水体中氮磷的方法 | |
| Banu et al. | Biochar: A black carbon for sustainable agriculture | |
| CN110395784A (zh) | 一种污泥与红壤混合制备新型生物炭及制备方法和应用 | |
| CN106311148A (zh) | 一种生物炭复合材料及其制备方法 | |
| CN113171751A (zh) | 一种焦磷酸盐改性生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN111644149B (zh) | 复合改性功能型猪粪炭的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |