CN110026050A - 一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，属于炭材料应用技术领域。本发明利用Fe基蚕沙生物炭作为吸附材料在压力为‑0.08Mpa、温度为48‑50℃时对苯乙醇进行吸附，在常压、温度为45‑50℃下进行脱附，对苯乙醇具有很好的吸附容量和缓释性能。本发明利用Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇进行吸附、脱附的条件与卷烟滤嘴中的香精香料的吸附、脱附的条件一致，符合卷烟的实际生产需要，适合在烟草工业中推广应用。

Description

一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法
技术领域
本发明属于炭材料应用技术领域，具体涉及一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法。
背景技术
苯乙醇，无色粘稠液体，沸点219℃，相对密度1.0230，折光率1.5310-1.5340。苯乙醇是我国规定允许使用的食用香料，用量按正常生产需要，主要用以配制蜂蜜、面包和浆果类等型香精，也可用于调配玫瑰香型花精油和茉莉香型、丁香香型、橙花香型等香型香精，广泛用于调配皂用和化妆品香精，此外，在烟草工业中也具有广泛的应用。
在烟草工业中，卷烟滤嘴中添加香精香料可以改善卷烟的物理化学特性、圆润烟气味道、降低烟气的刺激感，尤其在卷烟降焦减害之后，往往会出现香气不足等问题，通过添加香精香料可以补充烟气香味的缺失。然而大部分香精香料容易挥发，当添加到卷烟滤嘴后，由于卷烟在加工、运输等过程中香精香料容易挥发逃逸，使得香精香料在卷烟抽吸时得不到有效的释放。
吸附剂法加香作为一种安全、高效的加香方式，能够很好地减少香精挥发而带来的损失，在一定程度上满足了香精存储可控性的要求。在吸附剂法加香中，吸附剂的选用十分关键，既要满足对香精香料达到一定的吸附量，又要保证香精香料能够可控性释放，生物多孔炭是具有较好吸附的材料之一，蚕沙基生物炭来源于桑蚕产业中的主要废弃物蚕沙，其在农村经常随意丢弃导致环境污染，从电镜结构观察可知蚕沙具有天然的三维褶皱结构且含碳量高，经活化及高温碳化可以获得高比表面多孔生物炭，用于吸附卷烟滤嘴中添加的香精香料，特别是苯乙醇。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法。本发明以蚕沙作为碳源，利用ZnCl2和FeCl2对蚕沙活化浸渍，再通过N2气氛条件下高温煅烧，制备得到Fe基蚕沙生物炭材料，用于苯乙醇的吸附缓释，对苯乙醇具有很好的吸附容量和缓释性能。
本发明通过以下技术方案实现：
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30-32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48-50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，吸附时间为3-20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将缓释环境温度设置为45-50℃，压力为常压，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于缓释环境内，在5-30min内实现缓释反应。
作为技术方案的优选，本发明的具体操作方法，包括如下步骤，
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30-32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48-50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3-20h内的不同时间点，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭。由于需要保持真空干燥器内苯乙醇蒸汽压保持不变，每个时间点的吸附量均为单独样品检测得到。
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为45-50℃，压力为常压，N2流速设置为80-110mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于所述热重分析仪内，在5-30min内的不同时间点定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本发明的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附装置示意图如图1所示；本发明的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的缓释装置示意图如图2所示。
作为技术方案的优选，所述苯乙醇的纯度为98％。
作为技术方案的优选，本发明的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过真空冷冻干燥脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用ZnCl2和FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化10-12h，然后清洗，冷冻干燥，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛下进行碳化扩孔反应，然后使用稀盐酸、氢氟酸及去离子水浸泡清洗后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
作为技术方案的优选，所述冷冻干燥的温度为-50℃，时间为45-50h。
作为技术方案的优选，所述步骤(2)中蚕沙与ZnCl2的质量比为1:1-2，蚕沙与FeCl2质量比为1:1-3。
作为技术方案的优选，所述步骤(3)中碳化反应温度为900-1200℃，反应时间120-180min。
作为技术方案的优选，所述步骤(3)中稀盐酸的浓度为0.1-0.2mol/L，所述氢氟酸的质量百分浓度为10-12％。
作为技术方案的优选，所述Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为876-1200m2/g，总孔容为0.58-0.83cm3/g。
一种如上述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法的应用，所述Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为350mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在所述Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为91％以上。
本发明原理：本发明应用浸渍方式在蚕沙表面形成高分散的金属Fe盐吸附位点，再通过N2气氛条件下高温煅烧，在Fe的催化作用下，在蚕沙表面形成高疏水性的石墨化表面和Fe-C吸附位点，得到Fe基蚕沙生物炭。苯乙醇中含有苯环结构，Fe基蚕沙生物炭的高石墨化表面和Fe-C吸附位点可以增强其和苯乙醇分子之间的π-π作用力，进而增强对苯乙醇的吸附，吸附量大大增加。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1.本发明利用Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇进行吸附，吸附负载量为350mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为91％以上，可见本发明的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇具有很好的吸附容量和缓控释性能。
2.本发明利用Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇进行吸附时，压力为-0.08Mpa，温度为48-50℃；脱附时，压力为常压，温度为45-50℃：这与卷烟滤嘴进行香精香料的吸附、脱附的条件一致，符合卷烟的实际生产需要。另外，本发明利用Fe基蚕沙生物炭作为吸附材料，不会影响香精香料自身的气味，因此，本发明的方法适合在烟草工业中推广应用。
3.本发明所用的吸附材料Fe基蚕沙生物炭的原料是蚕沙，桑蚕工业的重要副产物之一，全国每年蚕沙产量很多，长期以来，蚕沙一般直接用作农业肥料或者被随意丢弃，造成了资源的浪费以及环境污染，本发明将蚕沙变废为宝，实现了资源的重复利用。
附图说明
图1为本发明的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附装置示意图；
图2为本发明的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的缓释装置示意图；
图3为原始蚕沙的电镜扫描图；
图4为Fe基蚕沙生物炭的电镜扫描图；
图5为蚕沙生物炭的XRD测试图；
图6为Fe基蚕沙生物炭的XRD测试图；
图7为苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的吸附动力学曲线图；
图8为苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上不同吸附量对脱附的影响结果图；
图9为苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上低吸附量下的释放结果图；
图10为苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上平衡吸附量下的释放结果图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图说明对本发明进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，具体包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装纯度为98％的苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30；然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3h、6h、9h、12h、15h、24h、36h和48h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为50℃，N2流速设置为100mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于热重分析仪内，在5min、10min、15min、20min、25min、30min定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥48h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用蚕沙质量1.5倍的ZnCl2和蚕沙质量2倍的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化12h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥48h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1000℃，并且在1000℃下保持150min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.2mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为12％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.0后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为1050.67m2/g，总孔容为0.75cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为455mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为94.3％。
实施例2
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，具体包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装纯度为98％的苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3h、6h、9h、12h、15h、20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为48℃，N2流速设置为90mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于热重分析仪内，在5min、10min、15min、20min、25min、30min定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥47h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用蚕沙质量1.5倍的ZnCl2和蚕沙质量3倍的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化11h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥47h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1100℃，并且在1100℃下保持160min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.1mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为11％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.0后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为876.21m2/g，总孔容为0.58cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为402.15mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为93.62％。
实施例3
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，具体包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装纯度为98％的苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:31，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3h、6h、9h、12h、15h、20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为47℃，N2流速设置为80mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于热重分析仪内，在5min、10min、15min、20min、25min、30min定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥50h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用蚕沙质量2倍的ZnCl2和蚕沙质量2倍的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化10h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥50h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到900℃，并且在900℃下保持180min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.1mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为10％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.1后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为936.25m2/g，总孔容为0.67cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为388.34mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为92.5％。
实施例4
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，具体包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装纯度为98％的苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为49℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3h、6h、9h、12h、15h、20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为45℃，N2流速设置为110mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于热重分析仪内，在5min、10min、15min、20min、25min、30min定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥45h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用与蚕沙质量相等的ZnCl2和与蚕沙质量相等的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化12h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥45h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1200℃，并且在1200℃下保持120min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.2mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为12％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为6.9后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为1200.23m2/g，总孔容为0.83cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为350.34mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为91.42％。
实施例5
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，吸附时间为20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将缓释环境温度设置为50℃，压力为常压，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于缓释环境内，在20min内实现缓释反应。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥48h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用蚕沙质量1.5倍的ZnCl2和蚕沙质量2倍的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化11h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥48h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1000℃，并且在1000℃下保持140min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.2mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为11％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.0后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为1160.54m2/g，总孔容为0.70cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为434mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为93.41％。
实施例6
一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，吸附时间为20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将缓释环境温度设置为45℃，压力为常压，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于缓释环境内，在30min内实现缓释反应。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥45h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用与蚕沙质量相等的ZnCl2和与蚕沙质量1.5倍的FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化10h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥45h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1100℃，并且在1100℃下保持150min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.1mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为10％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.1后离心，然后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为1000.87m2/g，总孔容为0.63cm3/g。
将本实施例制备的Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为410.55mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为92.88％。
对比实施例1
一种蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，具体包括以下步骤：
(1)吸附：先将陈装纯度为98％的苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3h、6h、9h、12h、15h、24h、36h和48h，得到吸附苯乙醇后的蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为50℃，N2流速设置为100mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的蚕沙生物炭置于热重分析仪内，在5min、10min、15min、20min、25min、30min定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
本实施例的基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过在-50℃下真空冷冻干燥48h脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用蚕沙质量1.5倍的ZnCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化12h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥48h，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛中以5℃/min的升温速率升到1000℃，并且在1000℃下保持150min进行碳化扩孔反应，待自然降至室温后，使用浓度为0.2mol/L的稀盐酸清洗1h，质量百分浓度为12％的氢氟酸清洗1h，最后用去离子水浸泡清洗至pH为7.0后离心，然后烘干得到蚕沙生物炭材料。
本实施例的Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为1450.51m2/g，总孔容为0.89cm3/g。
将本实施例制备的蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为212.56mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在蚕沙生物炭上的缓释率为84.72％。
表征分析(对实施例1制备得到的Fe基蚕沙生物炭和原始蚕沙进行表征分析)
1.微观结构分析结果如图3-4所示
图3为原始蚕沙电镜扫描图，图4为Fe基蚕沙生物炭的电镜扫描图。从图3可以看出，原始蚕沙呈现出非常薄大片的纳米级薄片结构，经过高温碳化以及Fe催化之后，从图4可以看出，蚕沙表面发生剧烈收缩，原来纳米级薄片变为三维网络状结构。
2.XRD分析结果如图5-6所示
采用日本Rigaku D/MAX的X射线衍射仪进行XRD测试，测试条件为：Cu Kα靶，扫描速度0.2°/min，30kV。蚕沙生物炭的XRD测试结果如图5所示，Fe基蚕沙生物炭的XRD测试结果如图6所示。从图5和图6可以看出，蚕沙生物炭和Fe基蚕沙生物炭在2θ＝26°左右都有典型的(002)的石墨化炭衍射峰，表明两种材料的石墨化程度较高，有利于对极性较弱的苯乙醇分子进行吸附和脱附。此外，从图6中可以看出，除了石墨化峰外，Fe基蚕沙生物炭还在2θ＝35°和45°出现了尖锐的Fe3C峰，在2θ＝41°和47°出现了尖锐的Fe5C2峰，这是Fe在高温煅烧下与表面的C生成的Fe-C晶格结构，Fe3C与Fe5C2可以作为弱极性的酸性位点，提高Fe基蚕沙生物炭对弱极性苯乙醇分子的结合力。因此，Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附、脱附性能要优于蚕沙生物炭。
3.Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释分析结果如图7-10所示
苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的吸附动力学曲线如图7所示。从图7中可以看出，在吸附时间为20h时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的吸附达到平衡，平衡吸附量为350mg/g。
苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上不同吸附量对脱附的影响结果如图8所示。从图8中可以看出，随着苯乙醇吸附量的增多，释放率在下降，在50-100mg/g的范围内，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭材料上的释放率能保持很高的水平，可以达到90％以上，这归因于苯乙醇分子之间形成的氢键。
苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上低吸附量下的释放结果如图9所示。从图9中可以看出，当吸附量为114mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的释放率能够达到80％，而且在前5min内的释放速率较快。可见，苯乙醇在较低吸附量下，在Fe基蚕沙生物炭上保持较高的释放率。
苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上平衡吸附量下的释放结果如图10所示。从图10可以看出，当吸附量为平衡吸附量350mg/g时，苯乙醇在Fe基蚕沙生物炭上的释放率能够达到10％，且在前5min内释放速率较快。可见，苯乙醇在饱和吸附量下，在Fe基蚕沙生物炭上保持较低的释放率。

Claims (10)

1.一种Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，包括如下步骤，
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30-32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48-50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，吸附时间为3-20h，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将缓释环境温度设置为45-50℃，压力为常压，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于缓释环境内，在5-30min内实现缓释反应。
2.根据权利要求1所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，具体操作方法，包括如下步骤，
(1)吸附：先将陈装苯乙醇的敞口瓶放置于真空干燥器底部内，再将Fe基蚕沙生物炭放入所述真空干燥器内的上部分，架设敞口瓶上，Fe基蚕沙生物炭与苯乙醇的重量配比为1:30-32，然后将所述真空干燥器抽负压至0.08Mpa，温度设置为48-50℃，形成苯乙醇的饱和蒸汽，进而被吸附到Fe基蚕沙生物炭中，设置吸附时间为3-20h内的不同时间点，得到吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭；
(2)缓释：先将热重分析仪的温度设置为45-50℃，压力为常压，N2流速设置为80-110mL/min，再将步骤(1)得到的吸附苯乙醇后的Fe基蚕沙生物炭置于所述热重分析仪内，在5-30min内的不同时间点定时计算其质量变化，以此测定不同时间点下苯乙醇的脱附情况，进而测定苯乙醇的缓释动力学曲线。
3.根据权利要求1或2所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述苯乙醇的纯度为98％。
4.根据权利要求1或2所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
(1)将废弃的蚕沙通过真空冷冻干燥脱除水分，得干燥后的蚕沙；
(2)用ZnCl2和FeCl2对干燥后的蚕沙浸渍活化10-12h，然后清洗，冷冻干燥，得到活化蚕沙；
(3)将活化蚕沙在N2气氛下进行碳化扩孔反应，然后使用稀盐酸、氢氟酸及去离子水浸泡清洗后烘干得到Fe基蚕沙生物炭材料。
5.根据权利要求4所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-50℃，时间为45-50h。
6.根据权利要求4所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述步骤(2)中蚕沙与ZnCl2的质量比为1:1-2，蚕沙与FeCl2质量比为1:1-3。
7.根据权利要求4所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述步骤(3)中碳化反应温度为900-1200℃，反应时间120-180min。
8.根据权利要求4所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述步骤(3)中稀盐酸的浓度为0.1-0.2mol/L，所述氢氟酸的质量百分浓度为10-12％。
9.根据权利要求4所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法，其特征在于，所述Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为876-1200m2/g，总孔容为0.58-0.83cm3/g。
10.一种如权利要求4-9任一所述的Fe基蚕沙生物炭对苯乙醇的吸附缓释方法的应用，其特征在于，所述Fe基蚕沙生物炭用于吸附苯乙醇时吸附负载量为350mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100mg/g时，苯乙醇在所述Fe基蚕沙生物炭上的缓释率为91％以上。
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