CN111054308A - 一种磁性生物炭及其制备方法 - Google Patents

一种磁性生物炭及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111054308A
CN111054308A CN201911266145.5A CN201911266145A CN111054308A CN 111054308 A CN111054308 A CN 111054308A CN 201911266145 A CN201911266145 A CN 201911266145A CN 111054308 A CN111054308 A CN 111054308A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biochar
fecl
magnetic
biomass material
prepare
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.)
Pending
Application number
CN201911266145.5A
Other languages
English (en)
Inventor
周子凡
张迟
钟志成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan University
Original Assignee
Foshan University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan University filed Critical Foshan University
Priority to CN201911266145.5A priority Critical patent/CN111054308A/zh
Publication of CN111054308A publication Critical patent/CN111054308A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28009—Magnetic properties
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开一种磁性生物炭及其制备方法，通过将生物质材料炭化制备生物炭，其后，将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性生物炭，并在惰性气体保护下，将所述酸改性生物炭与碱性的FeCl3和FeCl2的混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭。本发明中，通过硝酸对生物炭改性提高其对金属的吸附性能，同时，在酸改性的生物炭表面上修饰Fe3O4得到磁性生物炭，在处理完污水后，磁性生物炭容易从水体重分离出来，有利于磁性生物炭的再生与循环利用。

Description

一种磁性生物炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质资源化利用领域，特别涉及一种磁性生物炭及其制 备方法。
背景技术
生物炭是指由生物质在高温和缺氧的条件下，产生的一类难熔的、稳 定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。生物炭具有官能团丰富、比 表面积高、耐腐蚀性强、吸附能力强等特点，可作为土壤改良剂来改善土 壤肥力、促进作物生长，并抑制温室气体的释放，另外，还可作为吸附剂 吸附土壤或水体中的污染物，对环境进行修复。
生物炭作为一种高效的吸附剂，对水体中的重金属离子有着强大的吸 附能力，但是，由于生物炭的颗粒直径较小，在处理完污水后，难以从水 体重分离出来，容易造成水体的二次污染，不利于生物炭的再生与循环利 用，在污水治理方面的应用受到限制。为解决吸附剂与溶液的固液分离的 问题，通常引入铁或钴化合物等磁性介质来磁化生物炭，使其附上磁性， 同时，磁化生物炭也有利于对重金属离子的有效吸附，增强生物炭的表面 吸附能力。
我国的生物质能源十分丰富，种类多样，每年产生的农业废物达到7 亿多吨，如何将这些农业废物有效地制得生物炭，并进一步地提高制得的 生物炭的吸附性能是急需解决的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磁性生物炭及 其制备方法，旨在解决现有的生物炭的吸附性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种磁性生物炭的制备方法，其中，包括步骤：
将生物质材料炭化制备生物炭；
将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性生物炭；
在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物炭与碱性的FeCl2和FeCl3的 混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述将生物质材料炭化制备生物 炭的步骤包括：
将生物质材料置于水热反应釜中，加入去离子水，对所述水热反应釜 进行密封，将所述密封的水热反应釜置于电热鼓风干燥箱内，在温度为200-300℃的条件下反应24h，即得生物炭。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述将生物质材料炭化制备生物 炭的步骤包括：
用去离子水对生物质材料进行清洗，风干后置于烘箱中干燥；
将干燥后的所述生物质材料进行粉碎，过100目筛，制得生物质材料 颗粒；
在400-600℃的条件下，将所述生物质材料颗粒置于箱式电阻炉中炭化 5h，即制得生物炭。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述将所述生物炭与硝酸溶液混 合，制备酸改性生物炭的步骤包括：
将生物炭与硝酸溶液按固液比10:1混合，在110℃的条件下浸泡2h， 用去离子水清洗、烘干，制得酸性改性生物炭。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述硝酸溶液的浓度为2mol/L。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述在惰性气体的保护下，将所 述酸改性生物炭与碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液进行混合，制备得到磁 性生物炭的步骤包括：
在惰性气体的保护下，将酸性改性生物炭加入到碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度80-100℃的条件下搅拌3h，将产物用去离子水清洗， 真空烘干，制得磁性生物炭。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述碱性的FeCl2和FeCl3的混合 溶液的PH值为9。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述碱性的FeCl2和FeCl3的混合 溶液中FeCl3与FeCl2的摩尔比为2:1-4:3。
所述磁性生物炭的制备方法，其中，所述惰性气体为氩气。
一种磁性生物炭，其中，采用所述磁性生物炭的制备方法制备而成。
有益效果：本发明提供一种磁性生物炭及其制备方法，通过将生物质 材料炭化制备生物炭，其后，将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性 生物炭，并在所述酸改性生物炭表面上修饰Fe3O4得到磁性生物炭，一方面， 通过硝酸改性的酸改性生物炭对金属的吸附性能具有明显提升，另一方面， 通过在所述磁性生物炭表面修饰Fe3O4，在处理完污水后，还可将磁性生物 炭从水体重分离出来，有利于磁性生物炭的再生与循环利用。
附图说明
图1为本发明一种磁性生物炭的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明采用水热炭化法制备的生物炭的成品图。
图3为本发明采用直接炭化法制备的生物炭的成品图。
图4为本发明实施例1制备的磁性生物炭的成品图。
图5为本发明实施例1制备的磁性生物炭的红外光谱分析图。
图6为本发明通过水热炭化法制备的生物炭的扫描电镜图。
图7为本发明实施例1制备的磁性生物炭的扫描电镜图。
图8为本发明实施例1-3所制备的磁性生物炭对刚果红溶液的浓度-吸 光度曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种磁性生物炭及其制备方法，为使本发明的目的、技术 方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明一种磁性生物炭的制备方法较佳实施例的流程图，如图 所示，包括步骤：
S100、将生物质材料炭化制备生物炭；
S200、将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性生物炭；
S300、在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物炭与碱性的FeCl2和 FeCl3的混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭。
本实施例中，首先将生物质材料炭化制备生物炭，制得的生物炭的比 表面积大、表面官能团丰富并能够耐酸碱腐蚀，其后，将所述生物炭与硝 酸溶液进行混合浸泡处理，制得酸改性生物炭，一方面，因硝酸的强氧化 性会导致部分微孔孔壁塌陷形成过渡孔，另一方面，通过硝酸进行改性可 以显著增加所述生物炭表面的羧基、羰基、酚羟基、内酯基等含氧酸官能 团，同时，所述生物炭表面的PH值降低，使得所述生物炭表面的亲水性和 对金属的亲和力增强，表面的离子交换容易进行，从而使得酸改性生物炭 对金属的吸附性能得到提升。
进一步地，在本实施例中，在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物 炭与碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液进行混合，其中，Fe2+与Fe3+在碱性条 件下会发生化学反应生成Fe3O4并附着在所述酸改性生物炭表面，从而制得 磁性生物炭，通过在所述磁性生物炭表面修饰Fe3O4，在对污水进行处理后， 容易将所述磁性生物炭从水体中分离出来，有利于所述磁性生物炭的再生 与循环利用。
在一些实施方式中，所述生物质材料为木筷。
在一些实施方式中，所述将生物质材料炭化制备生物炭的步骤包括：
将生物质材料置于水热反应釜中，加入去离子水，对所述水热反应釜 进行密封，将所述密封的水热反应釜置于电热鼓风干燥箱内，在温度为 200-300℃的条件下反应24h，即得生物炭。
在本实施例中，采用水热炭化法制备生物炭，通过生物质与去离子水 反应的物理化学效应，分解生物质中的碳水化合物结构形成生物炭，具体 来说，首先将生物质材料置于水热反应釜中，加入去离子水至反应釜内壁 的五分之四，对所述水热反应釜进行密封处理，其后，将所述水热反应釜 放置于电热鼓风干燥箱内，在温度为200-300℃的条件下反应24h，反应结 束后，取出所述反应釜，对反应所得的产物进行过滤分离，再用去离子水 对产物进行洗涤直至中性，放入烘箱中进行烘干，即得生物炭。
在一些实施方式中，所述将生物质材料炭化制备生物炭的步骤包括：
用去离子水对生物质材料进行清洗，风干后置于烘箱中干燥；
将干燥后的所述生物质材料进行粉碎，过100目筛，制得生物质材料 颗粒；
在400-600℃的条件下，将所述生物质材料颗粒置于箱式电阻炉中炭化 5h，即制得生物炭。
在本实施例中，采用高温炭化法制备生物炭，高温炭化法是一种在完 全缺氧或只含有少量氧气反应的条件下，利用高温直接分解生物质的方法， 该方法简便可靠，易于实现，成本较低，高温炭化法制备生物炭一般分为 三个阶段：干燥阶段：加热至100-150℃，蒸发生物质中所含的水分，生物 质中的化学成分不会发生改变；预碳化阶段：温度升高至150-300℃，生物 质发生明显的炭化现象，其化学成分也开始发生变化，部分不稳定含碳化合物分解生成CO2,；炭化阶段：温度升高至300-600℃，生物质的炭化反应 剧烈。因为高温炭化中的生物质会发生许多不能确定的反应，需要掌握三 个阶段的温度导致的物质变化的规律，温度的控制决定了生成的生物炭的 含碳量，并对生物炭的吸附性能造成影响。本实施例中，根据反应物生物 质材料的物质变化与炭化温度的规律，将炭化温度设定为500℃，同时将分 段加热的步骤进行简化，通过将筛选出来的粒径合适的生物质颗粒置于坩埚中，置于箱式电阻炉中并将所述箱式电阻炉的温度设定为500℃，反应 5h制得生物炭，制备方法简单，易于操作。
在一些实施方式中，所述将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性 生物炭的步骤包括：
将生物炭与硝酸溶液按固液比10:1混合，在110℃的条件下浸泡2h， 用去离子水清洗、烘干，制得酸性改性生物炭。
在本实施例中，采用硝酸对生物炭进行改性处理，一方面，硝酸的强 氧化锌能够使部分生物炭的微孔孔壁塌陷形成过渡孔，另一方面，采用硝 酸进行改性可以显著增加羧基、羰基、酚羟基、内酯基等含氧酸官能团， 增加生物炭表面的酸性管能团，使其表面的PH值降低，生物炭表面的亲水 性和对金属的亲和力增强，使得离子交换更容易进行，从而提高生物炭对 金属离子的吸附性能，为了保证生物炭表面的硝酸改性可以充分进行，本 实施例中，生物炭与硝酸溶液的固液比为1:10，在110℃的条件下浸泡2h， 若固液比高于1:10则加入的生物炭的量过多，容易导致硝酸对生物炭的改 性不充分，而当固液比低于1:10时，由于浸泡的温度为110℃，硝酸的量 过多导致操作过程中的危险系数增加，不利于生产。
在一些实施方式中，所述硝酸溶液的浓度为2mol/L。硝酸是一种具有 强氧化锌、强腐蚀性的酸，不稳定，遇光或热会分解从而放出二氧化氮， 在本实施例中，出于对生物炭的充分改性以及生产的安全性两方面的考虑， 采用浓度为2mol/L的硝酸进行改性处理，若采用的硝酸浓度高于2mol/L， 则容易在生产过程中造成人员的受伤以及机械设备的腐蚀损伤，而采用的 硝酸浓度低于2mol/L，则对生物炭的改性效果差。
在一些实施方式中，所述在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物炭 与碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭的步骤 包括：
在惰性气体的保护下，将酸性改性生物炭加入到碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度80-100℃的条件下搅拌3h，将产物用去离子水清洗， 真空烘干，制得磁性生物炭。
在本实施例中，将作为赋磁剂的FeCl2和FeCl3的混合溶液与酸改性生 物炭在惰性气体的保护下，置于电热磁力搅拌器上进行加热搅拌处理，制 得磁性生物炭，由于制备的Fe3O4易被氧化形成Fe2O3，在反应过程中，需要 在惰性气体的条件下进行。
在一些实施方式中，所述碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液的PH值为9。
在一些实施方式中，所述碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中FeCl3与 FeCl2的摩尔比为2:1-4:3。本实施例中，根据反应式Fe2++2Fe3++8OH-→ Fe3O4+4H2O，将FeCl3与FeCl2的摩尔比设定为2:1-4:3。
在一些实施方式中，所述惰性气体为氩气。
在一些实施方式中，还提供一种磁性生物炭，其采用本发明上述磁性 生物炭的制备方法制得。
下面通过具体实施例对本发明一种磁性生物炭的制备方法做进一步的 解释说明：
实施例1
称取5.0g生物质材料颗粒置于水热反应釜中，加入50ml去离子水， 对反应釜进行密封处理，并将反应釜放置于电热鼓风干燥箱内，将反应温 度设置为240℃，反应时间设置为24h，加热反应结束后，取出反应釜，对 产物进行过滤分离，其后，采用去离子水对产物进行洗涤直至中性，置于 干燥箱内进行烘干处理，即得生物炭。
取5g的生物炭，将其与2mol/L的硝酸溶液按照固液比为1：10的比 例混合于250ml的锥形瓶中，并放置于烘箱中，设置烘箱温度为110℃，浸 泡2h，浸泡完成后，降低干燥箱的温度至室温，取出酸改性后的生物炭， 用去离子水清洗，直至上清液呈中性，烘干制得酸改性生物炭。
将4.875g的FeCl3和1.905g的FeCl2加入去离子水中，通过NaOH调节 溶液的PH至9，制得碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液，在氮气的保护下， 将酸改性生物炭加入碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度为90℃的 条件下，搅拌3h，其后，用去离子水清洗，真空烘干，即得磁性生物炭。
实施例2
称取5.0g生物质材料颗粒置于水热反应釜中，加入50ml去离子水， 对反应釜进行密封处理，并将反应釜放置于电热鼓风干燥箱内，将反应温 度设置为240℃，反应时间设置为24h，加热反应结束后，取出反应釜，对 产物进行过滤分离，其后，采用去离子水对产物进行洗涤直至中性，置于 干燥箱内进行烘干处理，即得生物炭。
取5g的生物炭，将其与2mol/L的硝酸溶液按照固液比为1：10的比 例混合于250ml的锥形瓶中，并放置于烘箱中，设置烘箱温度为110℃，浸 泡2h，浸泡完成后，降低干燥箱的温度至室温，取出酸改性后的生物炭， 用去离子水清洗，直至上清液呈中性，烘干制得酸改性生物炭。
将4.875g的FeCl3和2.54g的FeCl2加入去离子水中，通过NaOH调节 溶液的PH至9，制得碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液，在氮气的保护下， 将酸改性生物炭加入碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度为90℃的 条件下，搅拌3h，其后，用去离子水清洗，真空烘干，即得磁性生物炭。
实施例3
称取5.0g生物质材料颗粒置于水热反应釜中，加入50ml去离子水， 对反应釜进行密封处理，并将反应釜放置于电热鼓风干燥箱内，将反应温 度设置为240℃，反应时间设置为24h，加热反应结束后，取出反应釜，对 产物进行过滤分离，其后，采用去离子水对产物进行洗涤直至中性，置于 干燥箱内进行烘干处理，即得生物炭。
取5g的生物炭，将其与2mol/L的硝酸溶液按照固液比为1：10的比 例混合于250ml的锥形瓶中，并放置于烘箱中，设置烘箱温度为110℃，浸 泡2h，浸泡完成后，降低干燥箱的温度至室温，取出酸改性后的生物炭， 用去离子水清洗，直至上清液呈中性，烘干制得酸改性生物炭。
将4.875g的FeCl3和2.85g的FeCl2加入去离子水中，通过NaOH调节 溶液的PH至9，制得碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液，在氮气的保护下， 将酸改性生物炭加入碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度为90℃的 条件下，搅拌3h，其后，用去离子水清洗，真空烘干，即得磁性生物炭。
实施例4
用去离子水多次清洗生物质，直至生物质表面无附着物，自然风干， 并在干燥箱中干燥过夜，将生物质进行粉碎，经过100目筛，得到合适尺 寸的生物质颗粒，称取20g生物质颗粒于坩埚中，盖上盖子，置于500℃的 箱式电阻炉中炭化5h，过夜冷却至室温后取出，制得生物炭。
取5g的生物炭，将其与2mol/L的硝酸溶液按照固液比为1：10的比 例混合于250ml的锥形瓶中，并放置于烘箱中，设置烘箱温度为110℃，浸 泡2h，浸泡完成后，降低干燥箱的温度至室温，取出酸改性后的生物炭， 用去离子水清洗，直至上清液呈中性，烘干制得酸改性生物炭。
将4.875g的FeCl3和1.905g的FeCl2加入去离子水中，通过NaOH调节 溶液的PH至9，制得碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液，在氮气的保护下， 将酸改性生物炭加入碱性的FeCl2和FeCl3的混合溶液中，在温度为90℃的 条件下，搅拌3h，其后，用去离子水清洗，真空烘干，即得磁性生物炭。
本发明中，将实施例1、2及3中制备的磁性生物炭分别标记为样品1、 样品2、样品3，并对制备的样品的磁性强弱进行检测，结果如下：
样品编号 摩尔比(Fe<sup>2+</sup>：Fe<sup>3+</sup>) 磁铁状态 磁性强度
样品1 1:2 制成磁铁 较强磁性
样品2 2:3 部分被氧化 弱磁性
样品3 3:4 基本被氧化 基本无磁性
进一步地，本发明中对样品1进行红外光谱分析以及SEM扫描电镜分 析，其中，红外光谱分析是将磁性生物炭完全烘干后碾碎成粉末，与溴化 钾粉末混合均匀后压片，用IRAffinity-1S傅立叶变换红外光谱仪进行红 外光谱分析，分析结果如图4所示，从图中可以看出，在2345cm-1、1600cm-1、 1520cm-1、1000cm-1附近都有吸收峰，表明样品1中有羰基、芳环、C＝C、 脂肪烃官能团的存在，同时，在3540cm-1左右出现了比较宽的吸收峰，且 吸收峰有延伸，表明在磁性颗粒的作用下，磁性生物炭的表面结合了大量 的-OH，进一步地，在400-600cm-1左右出现了强度不一的Fe-O特征吸收峰， 表明了Fe被成功的吸附在生物炭上。
本发明中，图6为通过水热炭化法制备的生物炭的扫描电镜图，图7 为样品1的扫描电镜图，通过将改性前后的生物炭的扫描电镜图相比，明 显可以看出改性后的磁性生物炭的形貌发生了较大变化，褶皱变多，表面 粗糙度增大，结构发生进一步收缩，同时，磁性生物炭相对于生物炭，比 表面积与零电荷点均有明显增加，一方面，在制备过程中加入的氢氧化钠 具有较强的造孔功能，另一方面，磁性生物炭材料表面的Fe3O4颗粒的比表 面积相对较大，有助于增加磁性生物炭的比表面积。
进一步地，本发明中，对磁性生物炭的最大吸附量进行了测试，并选 定常用的偶氮染料刚果红作为实验的被吸附对象，首先称取0.5g刚果红试 剂，配制成质量浓度为0.5g/L的刚果红溶液，其后，分别称取样品1、2 及3各1g，并分别加入50ml质量浓度为500mg/Lph的刚果红溶液中，在恒 定温度为25℃，转速120rpm的条件下震荡24h，吸取样品进行充分吸附后 的刚果红溶液的上层清液，经过离心后用分光光度计测定吸光度，通过吸光度-浓度曲线计算出完成吸附后的刚果红溶液的浓度，得到不同样品的单 位质量的最大吸附量。
相对应地，本发明中，还进行了不同样品的吸附速率测试，首先准确 称取0.50g的刚果红试剂，将其配制成质量浓度为0.5g/L的刚果红溶液， 其后，将所述质量浓度为0.5g/L的刚果红溶液继续进行稀释得到质量浓度 为0.05g/L的刚果红溶液，称取样品1、2及3各1g，分别加入50ml质量 浓度为0.05g/L的刚果红溶液中进行吸附，在恒定温度为25℃，转速120rpm 的条件下震荡24h，每隔1h吸取实验样品中刚果红溶液的上层清液，经过 离心后，测定其吸光度，通过吸光度-浓度曲线计算出样品1、2及3的每 个小时的吸附量，并相应地计算吸附速率，吸附量计算公式为：M＝(C0-Ce) V/m，其中，M为吸附量(mg/g),C0、Ce分别为开始时和达到平衡时刚果红 溶液的质量浓度(mg/L)，V为溶液体积(L)，m为吸附剂质量(g)。
本发明中，检测的刚果红溶液的浓度-吸光度曲线如图8所示。
将样品1、2及3结合刚果红溶液浓度-吸光度曲线与具体实验所得数 据经过计算后得到如下结果：
样品编号 吸光度/A 浓度/(g/L) 吸附量/(mg/g)
样品1 0.143 0.002339 24.88
样品2 0.349 0.010944 24.45
样品3 0.572 0.020258 24.02
由表中数据可以看出，本发明制备的样品中，样品1的最大吸附量最 优，可达到24.88mg/g。
进一步地，对吸附量最优的样品1的吸附速率进行分析，结果如下所 示：
时间/h 2 4 6
吸光度/A 0.737 0.515 0.433
结合刚果红溶液浓度-吸光度曲线分析可得，在实验时间6h时，样品 上层清液的吸光度为0.433A，对应的浓度为(0.433-0.087) /23.94＝24.276mg/g，经过计算后的磁性生物炭的吸附速率为4.046mg/h。
综上所述，本发明提供一种磁性生物炭及其制备方法，通过将生物质 材料炭化制备生物炭，其后，将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性 生物炭，并在所述酸改性生物炭表面上修饰Fe3O4得到磁性生物炭，一方面， 通过硝酸改性的酸改性生物炭对金属的吸附性能具有明显提升，另一方面， 通过在所述磁性生物炭表面修饰Fe3O4，在处理完污水后，还可将磁性生物 炭从水体重分离出来，有利于磁性生物炭的再生与循环利用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术 人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应 属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁性生物炭的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将生物质材料炭化制备生物炭；
将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性生物炭；
在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物炭与碱性的FeCl3和FeCl2的混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭。
2.根据权利要求1所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述将生物质材料炭化制备生物炭的步骤包括：
将生物质材料置于水热反应釜中，加入去离子水，对所述水热反应釜进行密封，将所述密封的水热反应釜置于电热鼓风干燥箱内，在温度为200-300℃的条件下反应24h，将反应产物洗涤至中性，置于干燥箱内烘干，即得生物炭。
3.根据权利要求1所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述将生物质材料炭化制备生物炭的步骤包括：
用去离子水对生物质材料进行清洗，风干后置于烘箱中干燥；
将干燥后的所述生物质材料进行粉碎，过100目筛，制得生物质材料颗粒；
在400-600℃的条件下，将所述生物质材料颗粒置于箱式电阻炉中炭化5h，即制得生物炭。
4.根据权利要求1所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述将所述生物炭与硝酸溶液混合，制备酸改性生物炭的步骤包括：
将生物炭与硝酸溶液按固液比10:1混合，在110℃的条件下浸泡2h，用去离子水清洗、烘干，制得酸性改性生物炭。
5.根据权利要求4所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述硝酸溶液的浓度为2mol/L。
6.根据权利要求1所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述在惰性气体的保护下，将所述酸改性生物炭与碱性的FeCl3和FeCl2混合溶液进行混合，制备得到磁性生物炭的步骤包括：
在惰性气体的保护下，将酸性改性生物炭加入到碱性的FeCl3和FeCl2的混合溶液中，在温度80-100℃的条件下搅拌3h，将产物用去离子水清洗，真空烘干，制得磁性生物炭。
7.根据权利要求6所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述碱性的FeCl3和FeCl2的混合溶液的PH值为9。
8.根据权利要求6所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述碱性的FeCl3和FeCl2的混合溶液中FeCl3与FeCl2的摩尔比为1:2-3:4。
9.根据权利要求6所述的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
10.一种磁性生物炭，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述磁性生物炭的制备方法制备而成。
CN201911266145.5A 2019-12-11 2019-12-11 一种磁性生物炭及其制备方法 Pending CN111054308A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911266145.5A CN111054308A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种磁性生物炭及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911266145.5A CN111054308A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种磁性生物炭及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111054308A true CN111054308A (zh) 2020-04-24

Family

ID=70300609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911266145.5A Pending CN111054308A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种磁性生物炭及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111054308A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111871367A (zh) * 2020-06-08 2020-11-03 武汉纺织大学 一种用于染色废水处理的灯心草磁性粉体及其制备方法和应用
CN112827475A (zh) * 2020-12-30 2021-05-25 东北农业大学 一种人工腐殖酸功能化的类胶体磁性生物炭的制备方法和应用
CN113134363A (zh) * 2021-05-06 2021-07-20 桂林理工大学 一种可用于处理含抗生素有机废水的生物炭催化剂及制备方法、含抗生素有机废水降解方法
CN113426415A (zh) * 2021-07-19 2021-09-24 湖南大学 一种铁基生物炭复合材料及其制备方法和应用
CN114225902A (zh) * 2021-11-12 2022-03-25 华南理工大学 一种α-氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用
CN114259985A (zh) * 2021-12-21 2022-04-01 中州水务控股有限公司 一种厨余垃圾作为生物质制备生物炭的方法
CN114405517A (zh) * 2021-12-17 2022-04-29 广东建科创新技术研究院有限公司 一种磁性多孔催化载体及其合成方法和应用
CN114588872A (zh) * 2022-03-08 2022-06-07 桂林理工大学 一种高吸附能力的铁银共掺杂生物炭及其制备方法
CN115007109A (zh) * 2022-06-27 2022-09-06 南华大学 一种硝酸铁改性生物炭及其制备方法与应用
CN115722194A (zh) * 2022-12-07 2023-03-03 江汉大学 一种硝酸改性荷叶炭吸附材料及其制备方法和应用
CN115920849A (zh) * 2023-02-16 2023-04-07 西安金藏膜环保科技有限公司 一种锂电池有价金属回收用磁性生物炭吸附剂的制备方法
CN116351395A (zh) * 2023-03-31 2023-06-30 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 改性生物炭、其制备方法及废水中重金属的去除方法
CN116969601A (zh) * 2023-08-01 2023-10-31 上海师范大学 一种农田尾水循环固碳方法和装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104028214A (zh) * 2014-04-02 2014-09-10 安徽农业大学 一种农业生物质碳基磁性吸附材料的制备方法
CN105148891A (zh) * 2015-07-18 2015-12-16 常州大学 一种处理纺织印染废水中刚果红脱色剂
CN105536700A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 利用秸秆制备磁性生物炭的方法
CN105688804A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 鲁东大学 磁性生物质炭的制备及其对染料的吸附
CN105797693A (zh) * 2016-05-28 2016-07-27 湖南德宝恒嘉环保生物科技有限公司 一种用于去除水体中铅镉的磁性谷壳生物炭及其制备和应用方法
CN106179216A (zh) * 2016-07-29 2016-12-07 辽宁石油化工大学 一种磁性活化水热生物炭的制备方法与应用
CN106423051A (zh) * 2016-07-29 2017-02-22 辽宁石油化工大学 一种磁性活化水热生物炭微球的制备方法与应用
CN109354125A (zh) * 2018-12-07 2019-02-19 佛山科学技术学院 一种陶瓷废水处理装置及其处理方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104028214A (zh) * 2014-04-02 2014-09-10 安徽农业大学 一种农业生物质碳基磁性吸附材料的制备方法
CN105148891A (zh) * 2015-07-18 2015-12-16 常州大学 一种处理纺织印染废水中刚果红脱色剂
CN105536700A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 利用秸秆制备磁性生物炭的方法
CN105688804A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 鲁东大学 磁性生物质炭的制备及其对染料的吸附
CN105797693A (zh) * 2016-05-28 2016-07-27 湖南德宝恒嘉环保生物科技有限公司 一种用于去除水体中铅镉的磁性谷壳生物炭及其制备和应用方法
CN106179216A (zh) * 2016-07-29 2016-12-07 辽宁石油化工大学 一种磁性活化水热生物炭的制备方法与应用
CN106423051A (zh) * 2016-07-29 2017-02-22 辽宁石油化工大学 一种磁性活化水热生物炭微球的制备方法与应用
CN109354125A (zh) * 2018-12-07 2019-02-19 佛山科学技术学院 一种陶瓷废水处理装置及其处理方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
REN, L ET AL: "One-step solvothermal synthesis of Fe3O4@Carbon composites and their application in removing of Cr (VI) and Congo red", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *
ZHOU, ZHIFANG ET AL: "Efficient removal of copper and lead from aqueous solution by magnetic biochar: Magnetization, adsorption, separation, and desorption", 《DESALINATION AND WATER TREATMENT》 *
严云 等: "磁性荞麦壳炭的制备对水中Cr（Ⅵ）吸附性能的研究", 《环境科学与技术》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111871367B (zh) * 2020-06-08 2022-04-12 武汉纺织大学 一种用于染色废水处理的灯心草磁性粉体及其制备方法和应用
CN111871367A (zh) * 2020-06-08 2020-11-03 武汉纺织大学 一种用于染色废水处理的灯心草磁性粉体及其制备方法和应用
CN112827475A (zh) * 2020-12-30 2021-05-25 东北农业大学 一种人工腐殖酸功能化的类胶体磁性生物炭的制备方法和应用
CN113134363A (zh) * 2021-05-06 2021-07-20 桂林理工大学 一种可用于处理含抗生素有机废水的生物炭催化剂及制备方法、含抗生素有机废水降解方法
CN113426415A (zh) * 2021-07-19 2021-09-24 湖南大学 一种铁基生物炭复合材料及其制备方法和应用
CN114225902B (zh) * 2021-11-12 2022-12-16 华南理工大学 一种α-氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用
CN114225902A (zh) * 2021-11-12 2022-03-25 华南理工大学 一种α-氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用
CN114405517A (zh) * 2021-12-17 2022-04-29 广东建科创新技术研究院有限公司 一种磁性多孔催化载体及其合成方法和应用
CN114259985A (zh) * 2021-12-21 2022-04-01 中州水务控股有限公司 一种厨余垃圾作为生物质制备生物炭的方法
CN114588872A (zh) * 2022-03-08 2022-06-07 桂林理工大学 一种高吸附能力的铁银共掺杂生物炭及其制备方法
CN114588872B (zh) * 2022-03-08 2023-06-02 桂林理工大学 一种高吸附能力的铁银共掺杂生物炭及其制备方法
CN115007109A (zh) * 2022-06-27 2022-09-06 南华大学 一种硝酸铁改性生物炭及其制备方法与应用
CN115722194A (zh) * 2022-12-07 2023-03-03 江汉大学 一种硝酸改性荷叶炭吸附材料及其制备方法和应用
CN115722194B (zh) * 2022-12-07 2024-05-07 江汉大学 一种硝酸改性荷叶炭吸附材料及其制备方法和应用
CN115920849A (zh) * 2023-02-16 2023-04-07 西安金藏膜环保科技有限公司 一种锂电池有价金属回收用磁性生物炭吸附剂的制备方法
CN116351395A (zh) * 2023-03-31 2023-06-30 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 改性生物炭、其制备方法及废水中重金属的去除方法
CN116351395B (zh) * 2023-03-31 2024-09-10 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 改性生物炭、其制备方法及废水中重金属的去除方法
CN116969601A (zh) * 2023-08-01 2023-10-31 上海师范大学 一种农田尾水循环固碳方法和装置
CN116969601B (zh) * 2023-08-01 2024-03-19 上海师范大学 一种农田尾水循环固碳方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111054308A (zh) 一种磁性生物炭及其制备方法
CN108940191A (zh) 一种硫氮掺杂多孔生物炭、制备方法及应用
CN106362690A (zh) 一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法
CN112791696B (zh) 一种磁性Fe3O4/生物炭吸附剂及应用
CN106000311A (zh) 负载铁/锌纳米粒子的生物炭及其制备方法和应用
CN111617761B (zh) 一种磁性污泥炭非均相Fenton催化剂及其制备方法
CN110833817A (zh) 一种稻壳生物炭负载纳米铁材料的干式合成方法
CN113786804B (zh) 一种用于吸附重金属的磁性多孔复合材料的制备方法及应用
CN110756168A (zh) 用于吸附废水中四环素的改性生物炭的制备方法及其应用
CN110586035A (zh) 一种处理废水中重金属镉的磁改性生物炭的制备方法
CN109019967B (zh) Fenton法处理有机废水所产生铁泥的资源化利用方法
CN106064836B (zh) 一种改性绿色合成纳米氧化铁及其制备方法和应用
CN111871370A (zh) 一种针对土壤重金属钝化的C-O-Fe生物炭制备方法
CN110773199B (zh) 一种磁性炭载纳米硫化亚铁类芬顿催化剂及其制备方法
Zhu et al. Ultra-efficient catalytic degradation of malachite green dye wastewater by KMnO 4-modified biochar (Mn/SRBC)
AU2020102584A4 (en) An asphalt-derived magnetic carbon spheres with multiple cores in one shell structure and preparation method thereof
CN114345299B (zh) 同步吸附水中镉和土霉素的铁碳复合材料及其制备方法
CN111298764A (zh) 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法
CN111068615A (zh) 一种用于脱除钒的多元复合吸附材料及其制备方法和应用
CN110342514A (zh) 一种高吸附性能氮掺杂黑腐酸基多孔炭材料的制备方法
CN103691448B (zh) 磁性污泥基臭氧催化剂的制备方法及应用
CN114100573B (zh) 一种MOFs衍生多孔碳包覆的铁氧化物复合材料的制备方法
CN114146684A (zh) 一种改性赤泥生物炭材料及其制备和应用方法
CN114247427A (zh) 一种污泥基磁性生物炭吸附材料及其制备方法与应用
CN113426412A (zh) 一种吸附Cr(VI)的可回收再生磁性荷梗生物炭的制备方法及其应用

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200424

RJ01 Rejection of invention patent application after publication