CN110026050B - 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‑0.08 MPa、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0.08 MPa，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5-30 min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0.08 MPa，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80-110 mL/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5-30 min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45-50 h。
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120-180 min。
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876-1200 m2/g，总孔容为0.58-0.83 cm3/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350 mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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350 mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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3 h、6 h、9 h、12 h、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100 mL/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5 min、10 min、15min、20 min、25 min、30 min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48 h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48 h，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150 min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1 h，质量百分浓度为12%的氢氟酸清洗1 h，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1050.67 m2/g，总孔容为0.75 cm3/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455 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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3 h、6 h、9 h、12 h、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90 mL/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5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min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47 h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47 h，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160 min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1 h，质量百分浓度为11%的氢氟酸清洗1 h，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876.21 m2/g，总孔容为0.58 cm3/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402.15 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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3 h、6 h、9 h、12 h、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80 mL/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5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min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50 h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10 h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥50 h，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180 min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1 h，质量百分浓度为10%的氢氟酸清洗1 h，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936.25 m2/g，总孔容为0.67 cm3/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388.34 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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3 h、6 h、9 h、12 h、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110 mL/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5 min、10 min、15min、20 min、25 min、30 min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12 h，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120 min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1 h，质量百分浓度为12%的氢氟酸清洗1 h，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1200.23 m2/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350.34 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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20 h，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20 min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48 h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48 h，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140 min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1 h，质量百分浓度为11%的氢氟酸清洗1 h，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1160.54 m2/g，总孔容为0.70 cm3/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434 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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20 h，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30 min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10 h，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150 min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1 h，质量百分浓度为10%的氢氟酸清洗1 h，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1000.87 m2/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410.55 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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0.08 MPa，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3 h、6 h、9 h、12 h、15 h、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100 mL/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5 min、10 min、15 min、20min、25 min、30 min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48 h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12 h，然后清洗，在-50℃下冷冻干燥48 h，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150 min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1 h，质量百分浓度为12%的氢氟酸清洗1 h，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。
本实施例的蚕沙生物炭的BET比表面积为1450.51 m2/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212.56 mg/g；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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 = 26º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= 35º和45º出现了尖锐的Fe3C峰，在2θ = 41º和47º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20 h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350 mg/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50-100 mg/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114 mg/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350 mg/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 (9)

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0.08 MPa，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3-20 h，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5-30 min内实现缓释反应；
所述Fe基蚕沙生物炭的制备包括如下步骤，
A. 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；
B. 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；
C. 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。
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0.08 MPa，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5-30 min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45-50 h。
5.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，所述步骤（B）中蚕沙与ZnCl2的质量比为1: 1-2，蚕沙与FeCl2质量比为1: 1-3。
6.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，所述步骤（C）中碳化反应温度为900-1200℃，反应时间120-180 min。
7.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，所述步骤（C）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%。
8.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，所述Fe基蚕沙生物炭的BET比表面积为876-1200 m2/g，总孔容为0.58-0.83 cm3/g。
9.一种如权利要求1-8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350 mg/g以上；在苯乙醇吸附量为50-100 mg/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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113426413A (zh) * 2021-06-29 2021-09-24 广西大学 蚕沙基多孔炭材料的制备及吸附呋虫胺的缓释剂在土壤缓控释的应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613126B2 (en) * 1998-09-30 2003-09-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for storing natural gas by adsorption and adsorbing agent for use therein
CN102394294A (zh) * 2011-11-29 2012-03-28 上海交通大学 高度石墨化活性碳/过渡金属氧化物纳米复合材料的制法
CN105028403A (zh) * 2015-06-19 2015-11-11 赣南师范学院 一种生物质炭的抗血吸虫尾蚴缓释药物制剂制备方法
CN105164766A (zh) * 2012-12-13 2015-12-16 巴斯夫公司 碳体及铁磁碳体
CN105524623A (zh) * 2016-02-01 2016-04-27 广东省生态环境与土壤研究所（广东省土壤科学博物馆） 一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法
CN107930629A (zh) * 2017-11-15 2018-04-20 南京理工大学 负载型生物炭催化材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613126B2 (en) * 1998-09-30 2003-09-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for storing natural gas by adsorption and adsorbing agent for use therein
CN102394294A (zh) * 2011-11-29 2012-03-28 上海交通大学 高度石墨化活性碳/过渡金属氧化物纳米复合材料的制法
CN105164766A (zh) * 2012-12-13 2015-12-16 巴斯夫公司 碳体及铁磁碳体
CN105028403A (zh) * 2015-06-19 2015-11-11 赣南师范学院 一种生物质炭的抗血吸虫尾蚴缓释药物制剂制备方法
CN105524623A (zh) * 2016-02-01 2016-04-27 广东省生态环境与土壤研究所（广东省土壤科学博物馆） 一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法
CN107930629A (zh) * 2017-11-15 2018-04-20 南京理工大学 负载型生物炭催化材料的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Sorption Properties of Iron Impregnated Activated Carbon Web for Removal of Methylene Blue from Aqueous Media";Naeem, S et al;《FIBERS AND POLYMERS》;20160831;第17卷(第8期);第1245-1255页 *
"Sorptive Uptake Studies of an Aryl-Arsenical with Iron Oxide Composites on an Activated Carbon Support";Kwon, Jae H;《MATERIALS》;20140331;第7卷(第3期);第1880-1898页 *
"β- 苯乙醇在不同类型多孔材料上的脱附活化能";王明锋等;《中国烟草学报》;20140430;第20卷(第2期);第34-38页 *
"卷烟中香精缓释材料的研制";熊智勇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20140515;B018-37，第16-39页 *
"多孔材料表面改性及其吸附CO和香味物质缓释性能";黄艳;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20160415;B016-11，全文 *

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