CN110124638A - 季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法和应用 - Google Patents

季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：准备生物炭材料；将生物炭材料与壳聚糖的溶液进行混合，混合均匀得到混合溶液；将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。本发明还公开了通过上述制备方法制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其在水体或者土壤的修复中的应用。本发明具有快速高效吸附NO3 ‑、H2PO4 ‑、Cr2O7 2‑、CrO4 2‑、SeO4 2‑等无机阴离子物质的优良性能，同时对于氮磷和重金属阴离子有不同的再释放能力，可以用于水体或者土壤修复中，对于减少土壤营养盐损失、控制面源污染、减轻土壤重金属污染风险等均具有重要意义。

Description

季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法和应用
技术领域
本发明涉及环境工程材料技术领域，尤其涉及一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法和应用。
背景技术
水体或者土壤中往往含有大量的无机阴离子态物质，比如NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-，制备绿色廉价、性能优良的吸附材料，用于高效去除水体中的这些物质或者作为改良剂实现土壤中这些物质的固持引起了人们的广泛关注。生物炭是以固体废弃物为原料制备而成的廉价的吸附材料，在土壤污染控制、水体修复、固体废弃物资源化、作物增产等方面均展现出了应用潜力，然而，直接裂解得到生物炭对于阴离子态物质往往没有吸附能力或者吸附能力较弱；壳聚糖为自然界中含量排名第二的天然高分子材料，表面含有一定量的胺基和羟基，具有良好的生物亲和性，其常被用于NO3 -等的去除过程中，但目前报道的质子化处理等手段对吸附能力的提升有限，而且效果不持久。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法和应用，具有快速高效吸附NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等无机阴离子物质的优良性能，同时对于氮磷和重金属阴离子有不同的再释放能力，可以用于水体或者土壤修复中，对于减少土壤营养盐损失、控制面源污染、减轻土壤重金属污染风险等均具有重要意义。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备生物炭材料；
S2：将所述生物炭材料与壳聚糖的溶液进行混合，混合均匀得到混合溶液；
S3：将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。
优选地，步骤S1中具体包括：将生物质材料依次进行粉碎、洗涤、烘干至恒重，然后放入至500～700℃温度下的惰性气体氛围下进行热解2～4h，再进行粉碎、过筛处理后得到所述生物炭材料；进一步地，烘干步骤的温度为80～100℃，烘干的时间为24～48h；过筛步骤的尺寸为0.149～0.45mm。。
优选地，步骤S2中所述生物炭材料与所述壳聚糖的溶液进行混合时所述生物炭材料和所述壳聚糖的质量比为1:2～2:1。
优选地，步骤S2中具体包括：
S21：将0.5a～1.0ag的壳聚糖加入到20a～50aml的体积浓度为1～2％的酸溶液中，搅拌直至完全溶解；
S22：将0.5a～1.0ag的生物炭材料加入到步骤S21的溶液中，搅拌直至混合均匀，得到混合溶液。
优选地，步骤S3中将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面具体包括：首先引发自由基链式反应，再将烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵接枝聚合到步骤S2的混合溶液中的混合材料的表面上。
优选地，步骤S3中将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面具体包括：
S31：向步骤S2得到的混合溶液中持续鼓入惰性气体以将混合溶液中的氧气吹脱掉，并将混合溶液的温度升高至60～80℃；
S32：向混合溶液中加入过硫酸盐试剂，在惰性气体气氛下反应15～30min，以激发产生自由基；
S33：将烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵溶液加入到混合溶液中，在惰性气体氛围的60～80℃的温度下反应4～12h，以将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面。
优选地，步骤S3进一步还包括：
S34：停止加热和曝气，将乳浊液冷却至室温；
S35：向乳浊液中加入碱性溶液中以将溶液的pH调节值6～7，持续搅拌1～5h，静置形成复合材料凝胶；
S36：采用去离子水对复合材料凝胶依次进行离心和洗涤，并重复多次；
S37：再将复合材料凝胶进行烘干至恒重，并进行粉碎和过筛处理，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。
优选地，其中步骤S37中烘干的温度为80～100℃，烘干的时间为24～48h；进一步地，步骤S37过筛的尺寸为0.149～0.45mm。
本发明还公开了一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料，采用上述的制备方法制得。
本发明还公开了根据上述的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的应用，将所述的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料应用于水体或者土壤的修复。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料及其制法，其中的原材料为生物质材料(可以是农业固体废弃物，例如秸秆、树枝、禽畜粪便或者污泥)以及价格低廉的壳聚糖，原材料丰富易得，价格低廉，可以达到固体废弃物处置和污染治理的双重效果；且合成流程简单、易操作，所需设备较为常规，生产成本低，始于大规模推广应用。进一步地，制得的该复合材料融合了生物炭和壳聚糖两种材料的优势，原位接枝季铵官能团提高材料表面的正电荷，使得制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料带有较高的正电荷密度，从而具有快速高效吸附NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等无机阴离子物质的优良性能；其中，NO3 -或者H2PO4 -只能与季铵基团通过静电作用而被吸附住，而Cr2O7 2-、CrO4 2-或者SeO4 2-等重金属离子除了可与季铵基团通过静电作用而被吸附住，还可以与壳聚糖或者生物炭本身含有的羟基、胺基等官能团发生络合作用，络合作用比静电作用要更强，所以本发明对于NO3 -和H2PO4 -的再释放能力较强，而对于毒性较强的Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等重金属阴离子再释放能力较弱；因此一方面，该复合材料可以用于水体中阴离子物质的快速高效去除，确保水体水质达标，在水体修复中展现了广阔的应用前景；另一方面，该复合材料还可以用于土壤修复中，对于氮磷的再释放能力较强，而对于重金属阴离子再释放能力较弱，在土壤修复中可以达到缓释氮磷和固定重金属的双重效果，对于减少土壤营养盐损失、控制面源污染、减轻土壤重金属污染风险等均具有重要意义。
附图说明
图1是本发明优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的扫描电镜图；
图2是本发明优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-的吸附等温线结果；
图3是本发明优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-的吸附动力学结果；
图4是本发明优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-的再释放动力学结果。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明优选实施例公开了一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的制备方法，融合了生物炭和壳聚糖两种材料的优势，原位接枝季铵官能团提高材料表面的正电荷，合成了新型的季铵基团接枝壳聚糖和生物炭复合材料，以实现对NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等无机阴离子物质的高效吸附，具体包括以下步骤：
S1：准备生物炭材料；
具体地，步骤S1包括以下步骤：
S11：将生物质材料(例如秸秆、树枝、禽畜粪便或者污泥等)进行粉碎、洗涤、烘干至恒重，然后将其放入管式真空炉中在500～700℃的惰性气体氛围(例如氮气或者缺氧氛围)下进行热解2～4h；
S12：热解后得到的生物炭用去离子水清洗多遍，以去掉其中的杂质，并在80～100℃下烘干至恒重，研磨粉碎，过0.149～0.45mm的筛，得到生物炭材料。
S2：将生物炭材料与壳聚糖的溶液进行混合，混合均匀得到混合溶液；
具体地，步骤S2包括以下步骤：
S21：将0.5a～1.0ag的壳聚糖加入到20a～50aml的体积浓度为1～2％的冰醋酸、草酸或者稀盐酸等酸溶液的三角烧瓶中，磁力搅拌一段时间直至完全溶解；
S22：将0.5a～1.0ag的生物炭材料投加进入三角烧瓶中，充分搅拌30～120分钟至两种材料完全混匀，得到混合溶液。
S3：将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面，并依次进行调节pH、离心、洗涤、烘干、粉碎和过筛处理后，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。
其中，将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面具体包括：首先引发自由基链式反应，再将烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵接枝聚合到步骤S2的混合溶液中的混合材料的表面上。
具体地，步骤S3包括以下步骤：
S31：向步骤S2得到的混合溶液中持续鼓入惰性气体(氮气或者其他惰性气体)以将混合溶液中的氧气吹脱掉，并将混合溶液的温度升高至60～80℃；
S32：向混合溶液中加入一定量的过硫酸铵或者过硫酸钠等过硫酸盐试剂，在惰性气体氛围(氮气或者无氧气氛)下反应15～30min，以激发产生自由基；
S33：将5a～10aml的烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵溶液投加到三脚烧瓶中，在惰性气体气氛(氮气或者无氧气氛)60～80℃的温度下反应4～12h，以发生充分的接枝聚合反应，也即将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面；
S34：停止加热和曝气，将乳浊液冷却至室温；
S35：向乳浊液中加入KOH或者NaOH等碱性溶液中以将溶液的pH调节值6～7，持续搅拌1～5h，静置形成复合材料凝胶；
S36：采用去离子水对复合材料凝胶依次进行离心和洗涤，并重复多次，以去掉多余的盐分以及未接枝到材料表面的聚合物等杂质；
S37：在真空干燥箱中将复合材料凝胶进行烘干至恒重(烘干的温度为80～100℃，烘干的时间为24～48h)，并进行粉碎和过筛处理(过筛的尺寸为0.149～0.45mm)，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料，密封保存备用，其中制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的扫描电镜图如图1所示。
其中上述步骤S21、S22和S33中的a相当于是份数，原材料可以按照需要等比例增加或减少。
本发明优选实施例提供了一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的制备方法，制得的复合材料具有快速高效吸附NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-的优良性能，适用于水体或者土壤的修复；下面结合实例对上述优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的性能作进一步说明。
本发明优选实施例制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于NO3 -和H2PO4 -的吸附通过Langmuir和Freundlich模型拟合效果均较好，R2值均大于0.99。其中根据Langmuir模型，季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于NO3 -的饱和吸附容量为45.05mg/g，对于H2PO4 -的饱和吸附容量为68.96mg/g；也即表明季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料可以高效去除污水中的氮磷，降低其在水体富营养化中的危害，或者作为土壤改良剂有效降低土壤中氮磷的迁移，减小其面源污染危害。其中季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于Cr2O7 2-和CrO4 2-的吸附通过Langmuir模型的模拟效果要好一些(R2>0.99)，对它们的饱和吸附容量可以达到172.41和163.93mg/g；而对于SeO4 2-的吸附通过Freundlich模型的模拟效果要好一些(R2>0.99)；也即表明季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料可以高效去除水体中的Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-等重金属阴离子，或者实现土壤中这些重金属阴离子物质的高效固定。具体结果见图2和表1。
Langmuir和Freundlich吸附等温线模型如公式(1)和(2)所示。
其中：qe为达到平衡时材料对氮、磷或者重金属的吸附容量(mg/g)，Ce为达到反应平衡后溶液中氮、磷或者重金属的浓度(mg/L)，b为Langmuir吸附等温线模型的平衡常数(L/mg)，qm是Langmuir模型计算得出的材料的饱和吸附容量(mg/g)，Kf是Freundlich模型的经验常数(mg(1-n)/L-n/g)，与材料的吸附容量有关，n是Freundlich模型的经验常数，R2为曲线的拟合优度。
表1吸附等温线模拟结果
季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-的吸附，如表2所示，通过一级动力学的拟合的R2值均要小一些，而且拟合得到的达到平衡时的吸附容量(qe)和在吸附等温线实验中(见图2)得到的实际值具有较大的偏差，而通过二级吸附动力学模型拟合的效果要好一些，如图3所示。基于模型拟合结果，可以估算季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料在5分钟之内即可去除溶液中95％以上的目标物质，污染物质去除高效快速，在实际的水体或者土壤修复中展现了巨大的应用潜力。
一级动力学和二级动力学模型如公式(3)和(4)所示。
ln(qe-qt)＝lnqe-K1t (3)
其中：qe为达到平衡时材料对氮、磷或重金属的吸附容量(mg/g)，qt为材料在时间t对氮、磷或重金属的吸附能力(mg/g)，K1为一级动力学模型的反应速率常数(min-1)，K2为二级动力学模型的常数(g/mg/min)，R2为曲线的拟合优度。
表2吸附动力学模拟结果
季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于NO3 -和H2PO4 -均有较高的再释放潜力，根据图4的再释放能力测试结果，在清水实验中，大约21.28±1.20％的NO3 -和17.41±0.90％的H2PO4 -会被重新释放出来，而对于重金属阴离子(Cr2O7 2-、CrO4 2-和SeO4 2-)的再释放能力要弱很多，对于三种阴离子的再释放能力分别为3.83±0.80％、3.52±0.33％和0.62±0.44％。季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的这一特征在土壤修复中可以发挥重要作用，季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料吸附的氮磷元素仍然可以被植物有效利用，这对于实现土壤中氮磷的缓释控制-植物利用以及降低其面源污染危害是有利的，而因为对于重金属离子的结合能力要更强一些，重金属元素可以得到更高效的固定，不容易发生迁移或者被生物摄取。
综合上述，本发明优选实施例的制得的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料，对NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等无机阴离子物质具有快速高效的吸附能力，适用于水体或者土壤修复。该复合材料对于NO3 -、H2PO4 -、Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-的饱和吸附容量依次为45.05、68.96、58.48、172.41和163.93mg/g，而且吸附速率较快，在吸附动力学研究中，5分钟左右即可去除95％以上的阴离子物质。本发明可以用于水体中阴离子物质的快速高效去除，在水体修复中展现了广阔的应用前景。本发明对于NO3 -和H2PO4 -的再释放能力较强，而对于毒性较强的Cr2O7 2-、CrO4 2-、SeO4 2-等重金属阴离子再释放能力较弱，在土壤修复中可以达到缓释氮磷和固定重金属的双重效果，对于减少土壤营养盐损失、控制面源污染、减轻土壤重金属污染风险等均具有重要意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备生物炭材料；
S2：将所述生物炭材料与壳聚糖的溶液进行混合，混合均匀得到混合溶液；
S3：将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中具体包括：将生物质材料依次进行粉碎、洗涤、烘干至恒重，然后放入至500～700℃温度下的惰性气体氛围下进行热解2～4h，再进行粉碎、过筛处理后得到所述生物炭材料；进一步地，烘干步骤的温度为80～100℃，烘干的时间为24～48h；过筛步骤的尺寸为0.149～0.45mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述生物炭材料与所述壳聚糖的溶液进行混合时所述生物炭材料和所述壳聚糖的质量比为1:2～2:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：
S21：将0.5a～1.0a g的壳聚糖加入到20a～50a ml的体积浓度为1～2％的酸溶液中，搅拌直至完全溶解；
S22：将0.5a～1.0a g的生物炭材料加入到步骤S21的溶液中，搅拌直至混合均匀，得到混合溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面具体包括：首先引发自由基链式反应，再将烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵接枝聚合到步骤S2的混合溶液中的混合材料的表面上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面具体包括：
S31：向步骤S2得到的混合溶液中持续鼓入惰性气体以将混合溶液中的氧气吹脱掉，并将混合溶液的温度升高至60～80℃；
S32：向混合溶液中加入过硫酸盐试剂，在惰性气体气氛下反应15～30min，以激发产生自由基；
S33：将烯丙基三甲基氯化铵或者二甲基二烯丙基氯化铵溶液加入到混合溶液中，在惰性气体氛围的60～80℃的温度下反应4～12h，以将季铵基团接枝到混合溶液中的混合材料的表面。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3进一步还包括：
S34：停止加热和曝气，将乳浊液冷却至室温；
S35：向乳浊液中加入碱性溶液中以将溶液的pH调节值6～7，持续搅拌1～5h，静置形成复合材料凝胶；
S36：采用去离子水对复合材料凝胶依次进行离心和洗涤，并重复多次；
S37：再将复合材料凝胶进行烘干至恒重，并进行粉碎和过筛处理，得到季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，其中步骤S37中烘干的温度为80～100℃，烘干的时间为24～48h；进一步地，步骤S37过筛的尺寸为0.149～0.45mm。
9.一种季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料的应用，其特征在于，将所述的季铵基团接枝的壳聚糖和生物炭复合材料应用于水体或者土壤的修复。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112876009A (zh) * 2021-04-22 2021-06-01 东莞理工学院 一种高效节能的高浓度甘蔗制糖废水处理工艺
CN113072123A (zh) * 2021-03-25 2021-07-06 南京师范大学 一种基于生态填料和生态袋地表径流污染负荷阻断及强化净化方法
CN115254039A (zh) * 2022-06-21 2022-11-01 浙江理工大学 一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布及其制备方法
CN115873605A (zh) * 2022-10-25 2023-03-31 塔里木大学 一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104787831A (zh) * 2015-03-23 2015-07-22 湖南大学 一种壳聚糖与磁性生物炭复合的磁性吸附剂去除废水中六价铬的方法
CN106582560A (zh) * 2016-12-28 2017-04-26 西北师范大学 一种磁性壳聚糖复合吸附材料的制备及在染料废水处理中的应用
CN108176368A (zh) * 2017-12-04 2018-06-19 华南理工大学 一种生物炭壳聚糖复合材料及其制法和应用
CN108940222A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 重庆大学 一种磁性壳聚糖基吸附剂的制备方法
CN109225135A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 山东省科学院生态研究所 一种改性生物炭吸附材料及其制备方法与对水体中Pb2+的去除应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104787831A (zh) * 2015-03-23 2015-07-22 湖南大学 一种壳聚糖与磁性生物炭复合的磁性吸附剂去除废水中六价铬的方法
CN106582560A (zh) * 2016-12-28 2017-04-26 西北师范大学 一种磁性壳聚糖复合吸附材料的制备及在染料废水处理中的应用
CN108176368A (zh) * 2017-12-04 2018-06-19 华南理工大学 一种生物炭壳聚糖复合材料及其制法和应用
CN108940222A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 重庆大学 一种磁性壳聚糖基吸附剂的制备方法
CN109225135A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 山东省科学院生态研究所 一种改性生物炭吸附材料及其制备方法与对水体中Pb2+的去除应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113072123A (zh) * 2021-03-25 2021-07-06 南京师范大学 一种基于生态填料和生态袋地表径流污染负荷阻断及强化净化方法
CN112876009A (zh) * 2021-04-22 2021-06-01 东莞理工学院 一种高效节能的高浓度甘蔗制糖废水处理工艺
CN115254039A (zh) * 2022-06-21 2022-11-01 浙江理工大学 一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布及其制备方法
CN115873605A (zh) * 2022-10-25 2023-03-31 塔里木大学 一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用

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