CN110252247A - 一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，首先，将核桃壳粉用磷酸活化，配制成均匀的溶液，包裹及填充于粉煤灰空心微珠表面和空心内，碳化处理后将粉煤灰去除，留下粉煤灰的空心结构，然后再结合高温碱活化法产生微孔制备出高比表面积的多级孔碳材料。本发明以价格低廉的农业废弃物核桃壳为碳源，以固体工业废弃物粉煤灰空心微珠(FACs)为硬模板，制备出的多级孔碳材料应用于β‑内酰胺类抗菌素污水的处理，展现出良好的效果。

Description

一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及环境功能材料制备技术领域，更具体的说是涉及一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，β-内酰胺类抗生素(BLAs)已经成为最广泛使用的一类抗菌药物，被广泛应用于人类医疗、家禽、家畜和水产养殖中疾病的治疗和预防。药物的滥用、违禁使用导致大量的抗生素残留通过人类和动物的排泄进入到水体和土壤中，如今，包括中国在内的许多国家，β-内酰胺类抗菌素在污水处理厂的出水、地表水和地下水中频繁地被检测出来，成为环境中潜在新型污染物。因此，建立一种快速经济有效的方法来移除环境中β-内酰胺类抗菌素有重要的研究意义。
当前，水体中污染物的去除方法主要有吸附法、生物降解、光降解法等，吸附法是一种低能耗和清洁高效的去除水中污染物的有效方法。目前工业上主要是以活性炭作为吸附剂去除污染物，而活性炭的孔洞结构，比表面积等都会影响污染物的去除效率。传统的活性炭再生性一般较差，机械强度较低，因此寻找一种新型的，具有高的比表面积、优良的化学及热稳定性的多孔碳材料已经迫在眉睫。
多孔碳材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络空间结构的材料，现有技术制备的多孔碳材料仅单一地具备超高比表面积或单一地具备多级孔道结构。因而极大的限制了多孔碳材料的大规模生产。低灰分含量的天然生物质材料如核桃壳、甘蔗渣、谷壳、树皮等原料廉价且可再生，因此在多孔碳材料的制备中被广泛应用。但是这些材料由于在碱活化过程中，生物质没有模板支撑，会导致碳框架的坍塌，因此虽然所得碳材料比表面积大，也只能得到微孔和小介孔(<4nm)的多孔碳材料。
核桃壳是一种产量丰富、价格低廉、富含纤维素和木质素等有机物质的农林废弃物。农林废弃物生物质炭因其具有较高的孔隙度和巨大的表面积，已经广泛用于环境中各类极性或非极性有机污染物的吸附去除。在当前资源紧缺、能源吃紧、环境恶化的情况下，核桃壳作为天然生物质材料用以制备多级孔碳材料，可以实现以废治废，具有广阔的应用前景。
粉煤灰空心微珠(FACs)是火力发电厂排放量较大的一种固体工业废弃物，是一种非金属的空心微米级颗粒。其主要成分是复合无机氧化物(如:SiO2，Al2O3等)，粉煤灰空心微珠表面疏松多孔，具有独特的中空结构、良好的机械性能及热稳定性，是理想的一维模板基质材料，具有广阔的应用前景。
因此，如何提供一种充分利用废弃物资源，并且吸附效果良好的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明以价格低廉的农业废弃物核桃壳为碳源，以固体工业废弃物粉煤灰空心微珠(FACs)为硬模板，制备一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料；首先，将核桃壳粉用磷酸活化，配制成均匀的溶液，包裹及填充于粉煤灰空心微珠表面和空心内，碳化处理后将粉煤灰去除，留下粉煤灰的空心结构，然后再结合高温碱活化法产生微孔制备出高比表面积的多级孔碳材料，制备出的多级孔碳材料应用于β-内酰胺类抗菌素污水的处理，展现出良好的效果。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)核桃壳基溶液的制备
将核桃壳粉末加入活化剂中，边搅拌边水浴加热，反应结束后100-120℃条件下真空干燥12-24h、研磨处理，得到核桃壳活性原料；
配制聚乙烯醇溶液，在90℃条件下均匀搅拌使其完全溶解，然后取所述核桃壳活性原料分散到聚乙烯醇溶液中，强力搅拌使其分散均匀，得到核桃壳基溶液；其中，聚乙烯醇用作乳液聚合的乳化稳定剂；
(2)粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料的制备
将预处理后的粉煤灰空心微珠与核桃壳基溶液混合，强力搅拌使其分散均匀，将得到的混合液在负压条件下静置一段时间后高速离心，70-80℃条件下烘干至恒重，得到粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料；
(3)核桃壳基模板碳材料的制备
将粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料放置于管式炉中，在惰性气体保护下高温碳化后冷却至室温；然后将冷却的碳化产物用质量分数为15-20％的氢氟酸溶液浸泡除去粉煤灰模板，抽滤，洗涤至中性，60-70℃条件下烘干至恒重，得到核桃壳基模板碳材料；
(4)球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备
将核桃壳基模板碳材料与固体氢氧化钠混合研磨均匀放置于管式炉中，在惰性气体保护下高温活化后冷却至室温，洗涤，70-80℃条件下烘干，得到以粉煤灰空心微珠为模板的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(1)中所述活化剂包括但不限于磷酸、氢氧化钾或氯化锌中的任一种，进一步优选为磷酸。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(1)中所述核桃壳粉末是核桃壳经过清洗、干燥、破碎、筛分至200-400μm制备得到的。
上述技术方案的有益效果是：将核桃壳粉末筛分至200-400μm为下一步化学活化以及多级孔碳材料的制备做准备。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(1)中核桃壳粉末与活化剂溶液的质量比为1：2-4，其中活化剂溶液的质量百分浓度为10％-20％。
上述技术方案的有益效果是：促进后续活化过程中氢氧化钠活化剂在核桃壳活性碳中的内扩散，提高活化效率，增加碳材料的比表面积。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(1)中所述水浴加热的温度为50-70℃，时间为1-3h。
上述技术方案的有益效果是：保证核桃壳被充分活化，为下一步制备多级孔碳材料做准备。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(1)中聚乙烯醇溶液与核桃壳活性原料的质量比为6-10：5-9，其中聚乙烯醇溶液的质量百分浓度为2％-4％。
上述技术方案的有益效果是：聚乙烯醇用作乳液聚合的乳化稳定剂，为下一步制备多级孔碳材料做准备。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(2)中粉煤灰空心微珠的预处理为：将粉煤灰研磨过筛后加入到盐酸溶液中，在70-80℃的加热条件下反应5-6h后抽滤，洗涤至中性，烘干，得到预处理后的粉煤灰空心微珠。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(2)中所述负压压强为-0.2-(-0.4)MPa，静置时间为3h-5h。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(2)中所述高速离心是以3000-5000r/min离心2h-3h。
上述技术方案的有益效果是：将混合物于负压条件下静置后高速离心是为了达到紧密堆积的效果。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(3)中所述高温碳化是以5℃-7℃/min的速率升温至600℃-800℃，碳化2h-3h。
上述技术方案的有益效果是：通过碳化过程中的温度和时间的控制，实现对碳化材料孔型结构的控制，合成具有高比表面积和孔容积的活性碳，并使其具有良好的稳定性和再生性能。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(3)中所述惰性气体为氩气，气体流速为20-90mL/min。
上述技术方案的有益效果是：惰性气体为氩气起保护作用。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(3)中所述洗涤为用体积比为2：1的去离子水和乙醇的混合溶液清洗。
上述技术方案的有益效果是：保证溶于水和溶于乙醇的杂质被彻底洗涤干净。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(4)中核桃壳基模板碳材料与固体氢氧化钠的质量比为1：3-4
上述技术方案的有益效果是：选择固体氢氧化钠做活化剂以及选择上述限定的质量比，目的是保证活化过程中氢氧化钠在前驱体中的内扩散，提高活化效率，增加碳材料的比表面积，使所得碳材料兼具超高比表面积和多级孔洞结构的特点。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(4)中高温活化是以3℃-6℃/min的速率升温至600℃-800℃，活化2h-3h。
通过碳化和活化两步合成了具有高比表面积和孔容积的活性碳，利用合成过程中的活化温度和活化剂用量两个重要参数对其孔性构进行调控，使制备的活性碳具备良好的稳定性和再生性能，成功应用于水环境中β-内酰胺类抗生素的分离吸附，不仅可以为废弃的核桃壳和粉煤灰提供一种循环再利用途径，也为水体中抗生素等有机污染物的吸附去除提供一种廉价、有效的吸附材料的制备方法。
氢氧化钠活化剂在活化中起到重要的制孔作用，孔结构在一定范围内随着活化剂掺入量增加而丰富；而活化温度也是调控孔结构的一个重要参数，在一定温度范围内活化以深度活化为主，产生大量微孔，而超过一定温度范围则主要是宽度活化，部分微孔转化为介孔、大孔结构。通过对比一系列不同条件制备的孔碳材料，本发明限定的工艺参数为最佳参数。
优选的，在上述一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法中，步骤(4)中所述洗涤为用体积分数为6-10％的硝酸洗去杂质，然后用体积比为3:1去离子水和乙醇的混合溶液反复清洗至中性。
上述技术方案的有益效果是：用硝酸洗涤去除多级孔碳材料中的部分无机盐和杂质，增加多级孔碳材料中的孔道，用体积比为3:1去离子水和乙醇的混合溶液反复清洗至中性。
本发明还提供了一种上述所述方法制备得到的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料。
以及一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料在去除水环境中β-内酰胺类抗菌素的应用，进一步优选的，所述β-内酰胺类抗菌素为氨苄西林和头孢氨苄。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明充分利用资源，以价格低廉的农业废弃物核桃壳为碳源，以固体工业废弃物粉煤灰空心微珠(FACs)为硬模板，结合高温碱活化法制备出高比表面积的多级孔碳材料，并用于去除水环境中的β-内酰胺类抗菌素，为多级孔材料的制备提供了一种经济、高效的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明粉煤灰空心微珠和球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的SEM图；
图2附图为本发明pH对球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料吸附氨苄西林和头孢氨苄的影响；
图3附图为本发明球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料吸附氨苄西林和头孢氨苄的等温线图；
图4附图为本发明球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料吸附氨苄西林和头孢氨苄的动力学图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明实施例公开了一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)核桃壳基溶液的制备
将取自河南省平顶山市鲁山县辛集乡核桃园核桃壳，用自来水清洗，经干燥、破碎、筛分至200-400um，制成核桃壳粉末，将上述步骤得到的核桃壳粉末加入到溶液的浓度为10％-20％磷酸溶液中搅拌，核桃壳粉末与磷酸溶液的质量比为1:2-4，温度为50-70℃条件下，水浴加热1h-3h；100--120℃条件下真空干燥12-24h。研磨处理，得到核桃壳活性原料。配制600g-1000g的2％-4％聚乙烯醇(PVA)溶液，在90℃条件下，均匀搅拌使其完全溶解，溶解完全后溶液成透明状。取上述制备的核桃壳粉末500-900g分散到该溶液中，强力搅拌使其分散均匀，得到A溶液。
(2)粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料的制备
将取自河南省平顶山姚孟电厂的粉煤灰通过球磨机研磨后过200目筛，加入到2-4mol/L盐酸溶液中，粉煤灰与盐酸溶液的比例为3-5g:10mL，70-80℃条件下加热反应5-6h，抽滤，大量蒸馏水冲洗至中性，烘干，可得预处理后的粉煤灰空心微珠。
将预处理后的粉煤灰空心微珠与上述A溶液混合，强力搅拌使其分散均匀，将得到的混合液在负压条件为-0.2-(-0.4)Mpa条件下静置3h-5h；然后以3000-5000r/min高速离心2h-3h，然后70-80℃条件下烘干至恒重，得到粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料。
(3)核桃壳基模板碳材料的制备
将粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料放置于管式炉中，在惰性气体氩气保护下，气体流速为20-90mL/min，以5-7℃/min升温速率升温600-800℃，碳化时间为2h-3h，随后冷却至室温。然后将上述碳化产物用质量分数为15％-20％氢氟酸溶液浸泡24h-48h，除去粉煤灰模板，然后抽滤4h-6h，用大量体积比为2:1的去离子水和乙醇的混合溶液反复清洗，洗涤至中性，于60-70℃烘箱中烘干至恒重，得到核桃壳基模板碳材料。
(4)球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备
将上述模板碳材料与固体氢氧化钠按照质量比1:3-4的比例混合，充分研磨均匀后，置于镍锅中盖上盖子，随后放置于管式炉中在惰性气体氩气保护下，以3℃-6℃/min升温速率升温600℃-800℃，活化2h-3h，然后冷却至室温。随后用体积分数为6-10％的硝酸洗去杂质，然后用大量的体积比为3:1去离子水和乙醇的混合溶液反复清洗至中性，70-80℃条件下烘干至恒重，得到粉煤灰空心微珠为模板的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料。
参见附图1为对本发明制备得到的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料进行的检测如下：
图1(a，b)是粉煤灰空心微珠，微珠是表面光滑的、中空的球形材料，它的粒径在100-200um左右。从图1(c，d)中可以发现，以粉煤灰空心微珠为硬模板，经过氢氧化钾高温活化制备出的高比表面积的多级孔碳材料，多级孔碳仍然保持较好的球状形貌，形状未发生大的改变，然而其表面变得较为粗糙且有微孔，表明氢氧化钾活化后产生大量的微孔。
下面结合具体实施实例对本发明制备得到的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料在污水处理中的应用做进一步说明：
本发明中具体实施方案中球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的吸附性能的评价利用静态吸附试验完成。
首先分别将20mlβ-内酰胺类抗菌素氨苄西林溶液和头孢氨苄溶液加入离心管中，然后分别向其中加入10mg球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料，室温水浴中静置，考察溶液的不同初始浓度、pH以及接触时间对氨苄西林和头孢氨苄吸附容量的影响。吸附达到饱和后，用0.45um微孔滤膜过滤收集上层清液，用紫外可见光光度计测得溶液中未被吸附的氨苄西林分子和头孢氨苄分子浓度(残留的氨苄西林量和头孢氨苄量分别用紫外可见分光光度计在波长为325nm处和261nm测量)，分别计算得吸附容量(q)
q＝[(C0-Ce)V]/W
C0(μmol/L)和Ce(μmol/L)分别为氨苄西林和头孢氨苄的初始浓度和平衡时的浓度，V(mL)和W(mg)分别为溶液体积和吸附剂的用量。
试验例1：用1.0moL/LNaOH和1.0moL/LHCl调节溶液pH为2.0-10.0，考察pH值对吸附容量的影响。分别取20mL初始浓度为200μmoL/L的氨苄西林溶液和头孢氨苄溶液加入到离心管中，加入10mg球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料，将测试溶液置于室温水浴锅中静置2h后，收集上层清，未被吸附的氨苄西林分子和头孢氨苄分子浓度用紫外可见分光光度计测定，分别计算出吸附容量。
从图2中可以看出当pH值为6.0时，球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料对氨苄西林(AMP)和头孢氨苄(CFX)的吸附容量达到最大，分别为48.52umol/g和38.66umol/g，当初始pH值在2.0-6.0范围内，多孔碳材料对AMP和CFX的吸附容量随着pH值的增加而增加，因此，本研究选用pH＝6.0为测试溶液的pH值。
试验例2：分别取20mL初始浓度分别为5、10、20、30、50、60、80、100、150、200μmol/L的氨苄西林溶液和头孢氨苄溶液加入到离心管中，分别加入10mg球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料，将测试溶液置于室温水浴锅中静置2h，收集上层清液，未被吸附的氨苄西林分子和头孢氨苄分子浓度用紫外可见分光光度计测定，计算出吸附容量，图3所示表明，最大平衡吸附容量分别达到51.80umol/g和39.90umol/g。
从图3中可知，吸附容量随着浓度的升高而增加，最大平衡吸附容量分别达到51.80umol/g和39.90umol/g。
试验例3：分别取20ml初始浓度为200μmoL/L的氨苄西林和头孢氨苄溶液加入到离心管中，分别加入10mg球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料，分别将测试溶液置于室温水浴锅中分别静置2、5、10、30、45、60、90、120和150min后，收集上层清液，未被吸附的氨苄西林和头孢氨苄分子浓度用紫外可见分光光度计测定，分别计算出吸附容量，从图4中可知，起初，随着吸附时间的增加，吸附容量迅速增加，30min后吸附达到平衡，在整个吸附时间范围内，球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料对氨苄西林和头孢氨苄都表现出良好的吸附动力学性能。
从图4吸附动力学图示中可知，起初随着吸附时间的增加，吸附容量迅速增加，30min后吸附达到平衡，在整个吸附时间内，球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料对氨苄西林和头孢氨苄都表现出良好的吸附性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)核桃壳基溶液的制备
将核桃壳粉末加入活化剂溶液中，边搅拌边在50-70℃下水浴加热，反应结束后100-120℃条件下真空干燥12-24h、研磨处理，得到核桃壳活性原料；
配制聚乙烯醇溶液，在90℃条件下均匀搅拌使其完全溶解，然后取所述核桃壳活性原料分散到聚乙烯醇溶液中，强力搅拌使其分散均匀，得到核桃壳基溶液；
(2)粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料的制备
将预处理后的粉煤灰空心微珠与核桃壳基溶液混合，强力搅拌使其分散均匀，将得到的混合液在负压条件下静置一段时间后高速离心，70-80℃条件下烘干至恒重，得到粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料；
(3)核桃壳基模板碳材料的制备
将粉煤灰空心微珠/核桃壳基复合材料放置于管式炉中，在惰性气体保护下高温碳化后冷却至室温；然后将冷却的碳化产物用质量分数为15-20％的氢氟酸溶液浸泡除去粉煤灰模板，抽滤，洗涤至中性，60-70℃条件下烘干至恒重，得到核桃壳基模板碳材料；
(4)球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备
将核桃壳基模板碳材料与固体氢氧化钠混合研磨均匀放置于管式炉中，在惰性气体保护下高温活化后冷却至室温，洗涤，70-80℃条件下烘干，得到以粉煤灰空心微珠为模板的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中核桃壳粉末与活化剂溶液的质量比为1：2-4，其中活化剂溶液的质量百分浓度为10-20％。
3.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中聚乙烯醇溶液与核桃壳活性原料的质量比为6-10：5-9，其中聚乙烯醇溶液的质量百分浓度为2-4％。
4.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述负压压强为-0.2-(-0.4)MPa，静置时间为3-5h。
5.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述高温碳化是以5-7℃/min的速率升温至600-800℃，碳化2-3h。
6.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中核桃壳基模板碳材料与固体氢氧化钠的质量比为1：3-5。
7.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中高温活化是以3-6℃/min的速率升温至600℃-800℃，活化2h-3h。
8.根据权利要求1所述的一种球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述洗涤为用体积分数为6-10％的硝酸洗去杂质，然后用体积比为3:1去离子水和乙醇的混合溶液反复清洗至中性。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备得到的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备得到的球形微珠状核桃壳基多孔碳吸附材料在去除水环境中β-内酰胺类抗菌素的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111318256A (zh) * 2020-03-06 2020-06-23 浙江农林大学暨阳学院 一种核桃壳生物质炭的制备方法及其对金属铜离子的吸附方法
CN112875699A (zh) * 2021-02-07 2021-06-01 西安科技大学 特钢钢渣基生物质活性炭的制备方法及其应用
CN114887589A (zh) * 2022-05-13 2022-08-12 西北大学 一种氧自掺杂/高比表面积生物质多孔碳及应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6033573A (en) * 1997-05-29 2000-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Activated nutshell carbons from agricultural waste
CN105664848A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 江苏大学 一种埃洛石为模板的木质素基多级孔碳材料的制备方法
CN105817202A (zh) * 2016-05-26 2016-08-03 江苏大学 一种三维木质素基多级孔活性炭材料的制备方法及其用途
CN106044770A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 江苏大学 一种埃洛石为模板制备纤维素基多级孔碳材料的方法
CN106348295A (zh) * 2016-11-25 2017-01-25 陕西品达石化有限公司 核桃壳活性炭的制备方法
CN107032349A (zh) * 2017-04-12 2017-08-11 南京工业大学 一种由球拍边角料制备活性炭的方法
CN107151014A (zh) * 2017-06-14 2017-09-12 武汉理工大学 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法
CN107381569A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 成都新柯力化工科技有限公司 一种球形活性炭及其制备方法
CN109759017A (zh) * 2019-03-06 2019-05-17 重庆文理学院 一种改性核桃壳生物炭的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6033573A (en) * 1997-05-29 2000-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Activated nutshell carbons from agricultural waste
CN105664848A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 江苏大学 一种埃洛石为模板的木质素基多级孔碳材料的制备方法
CN105817202A (zh) * 2016-05-26 2016-08-03 江苏大学 一种三维木质素基多级孔活性炭材料的制备方法及其用途
CN106044770A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 江苏大学 一种埃洛石为模板制备纤维素基多级孔碳材料的方法
CN106348295A (zh) * 2016-11-25 2017-01-25 陕西品达石化有限公司 核桃壳活性炭的制备方法
CN107032349A (zh) * 2017-04-12 2017-08-11 南京工业大学 一种由球拍边角料制备活性炭的方法
CN107151014A (zh) * 2017-06-14 2017-09-12 武汉理工大学 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法
CN107381569A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 成都新柯力化工科技有限公司 一种球形活性炭及其制备方法
CN109759017A (zh) * 2019-03-06 2019-05-17 重庆文理学院 一种改性核桃壳生物炭的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘玉荣等: "《碳材料在超级电容器中的应用》", 31 January 2013, 国防工业出版社 *
张守荣主编: "《人体健康与环保行动》", 31 July 2009, 中国戏剧出版社 *
李益恩等: "《核桃加工实用技术》", 31 May 2018, 四川科学技术出版社 *
李诗久等: "《气力输送理论与应用》", 31 May 1992, 北京：机械工业出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111318256A (zh) * 2020-03-06 2020-06-23 浙江农林大学暨阳学院 一种核桃壳生物质炭的制备方法及其对金属铜离子的吸附方法
CN112875699A (zh) * 2021-02-07 2021-06-01 西安科技大学 特钢钢渣基生物质活性炭的制备方法及其应用
CN114887589A (zh) * 2022-05-13 2022-08-12 西北大学 一种氧自掺杂/高比表面积生物质多孔碳及应用

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