CN111701566B - 一种吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请属于环境修复的技术领域，尤其涉及一种吸附剂及其制备方法和应用。本申请提供了一种吸附剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将大薸植物粉末与改性剂混合改性，烘干后制得改性大薸物；步骤2、将所述改性大薸物在无氧或缺氧状态和保护气氛下进行高温裂解反应，得到大薸生物炭；步骤3、将所述大薸生物炭与酸碱调节剂混合，漂洗直至所述大薸生物炭呈中性后，烘干得到吸附剂。本申请提供了一种吸附剂及其制备方法和应用，能有效解决现有吸附剂的吸附能力弱，特别是对于污染水体中铵态氮的吸附能力弱，无法达到排放标准，不能够满足人们的需求的技术缺陷。

Description

一种吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本申请属于环境修复的技术领域，尤其涉及一种吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
水是人类生存发展的基础，然而目前人类能够直接使用的，仅占淡水资源的0.65％。近年来，由于人们不合理生产、生活等，使得过量氮磷营养盐流入自然水域，大量水域出现富营养化现象，造成人类可直接利用的水资源更为紧缺，同时严重影响我国经济的快速发展，损害人体健康。植物修复技术是近年来水域治理工作中的研究热潮，但此治理手段仍存在不足之处，需要及时打捞植物以控制水体中植物的覆盖面积，适时转移已吸收同化的污染物，否则，随着时间的延长，植物残体会出现腐烂现象，易随其掉落水体而造成二次污染。
常用的水体处理方法包括化学法、物理处理法和生物处理法，而物理处理法又包括：溶剂萃取分离法、离子交换法、膜分离法和吸附法，吸附法的关键技术是吸附剂的选择，传统吸附剂是活性炭，活性炭有很强吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，处理水质很难达到回用要求，价格贵，应用受到限制。还有黏土类吸附剂粉、煤灰吸附剂、生物质基材料和树脂基吸附材料，但是这些吸附剂的吸附能力较弱，特别是对于污染水体中铵态氮的吸附能力弱，无法达到排放标准，不能够满足人们的需求。
因此，寻找一种高效、环保、工艺简单、成本低廉的吸附剂是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种吸附剂及其制备方法和应用，能有效解决现有吸附剂的吸附能力弱，特别是对于污染水体中铵态氮的吸附能力弱，无法达到排放标准，不能够满足人们的需求的技术缺陷。
本申请第一方面提供了一种吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将大薸植物粉末与改性剂混合改性，烘干后制得改性大薸物；
步骤2、将所述改性大薸物在无氧或缺氧状态和保护气氛下进行高温裂解反应，得到大薸生物炭；
步骤3、将所述大薸生物炭与酸碱调节剂混合，漂洗直至所述大薸生物炭呈中性后，烘干得到吸附剂。
作为优选，所述改性剂选自硫酸水溶液、KOH水溶液或MgCl2水溶液。
作为优选，所述硫酸水溶液的浓度为20％～90％；所述KOH水溶液的浓度为20％～90％；所述MgCl2水溶液的浓度为20％～90％。
更为优选的，所述硫酸水溶液的浓度为20％。
需要说明的是，步骤1中，所述大薸植物粉末与改性剂混合处理后，烘干后置于密封袋中，放于干燥器内待用。具体的，取50g大薸植物粉末浸泡于1000mL 20％H2SO4溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干，制得改性大薸物。
作为优选，步骤2中，所述高温裂解反应的温度为250℃～650℃；所述高温裂解反应的时间为0.5～4h。
更为优选，步骤2中，所述高温裂解反应的温度为450℃～550℃；所述高温裂解反应的时间为1～2h。
更为优选，步骤2中，所述保护气氛为氮气。
需要说明的是，步骤2中，将所述改性大薸物置于管式炉内进行裂解反应，具体的，将所述改性大薸物置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至目标温度并保持至一定的热解时长制备大薸生物炭。
需要说明的是，步骤3中，所述高温裂解反应结束后，将所述大薸生物炭与酸碱调节剂混合，漂洗直至所述大薸生物炭呈中性后，烘干得到吸附剂，其中，所述酸碱调节剂可以为5％盐酸溶液，酸洗多次，然后采用蒸馏水漂洗多次直至滤液pH呈中性(pH＝7)，其中，采用盐酸溶液酸洗用以除去表面灰分或杂质，经80℃烘箱干燥至恒重后，过80目标准筛，获得吸附剂。
作为优选，步骤1中，所述大薸植物粉末的制备方法为：将水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎和过筛处理后，干燥制得大薸植物粉末。具体的，水生植物大薸先经自来水清洗干净后，用剪刀或菜刀剪(切)成小段，放进80℃烘箱中干燥2天，取出后用粉碎机粉碎成粉末状，并过80目标准筛。
需要说明的是，本申请提供的大薸植物粉末可以为现有常规手段制得的大薸植物粉末。
本申请第二方面提供了一种吸附剂，包括所述的制备方法制得的吸附剂。
本申请第三方面提供了所述制备方法制得的吸附剂或所述的吸附剂在净化富营养化水体中的应用。
具体的，所述应用包括：取适量所述吸附剂置于富营养化水体中，震荡吸附培养0-120h，间隔取样测定获取水体中NH4 +的含量情况。
本申请第三方面提供了所述制备方法制得的吸附剂或所述的吸附剂在吸附富营养化水体的铵态氮中的应用。
作为优选，所述富营养化水体的pH为3～11；所述吸附剂应用的环境温度为15～35℃。
更为优选，所述富营养化水体的pH为7；所述吸附剂应用的环境温度为25℃。
本申请的目的针对现有技术中现有吸附剂的吸附能力弱，特别是对于污染水体中铵态氮的吸附能力弱的缺陷。本申请提供了一种新型的吸附剂，创造性将水生植物大薸制成生物质炭。本申请发现将改性剂活化处理水生植物大薸后，活化处理后的吸附剂的BET比表面积、微孔表面积、总孔容、微孔孔容相比未改性生物质炭均得到显著提高，平均孔径则大大减少，说明硫酸改性能有效地增加生物质炭吸附剂的比表面积，获得更为丰富且发达的孔隙结构；而且，本申请发现采用大薸制得的生物质炭吸附剂存在相对丰富的含氧官能团，主要包括醚、羰基、羧基、羟基等，经改性剂活化处理后，可丰富生物质炭的孔隙结构、表面含氧官能团种类与数量，增加其表面活性吸附位点，有效提高生物质炭吸附剂的吸附性能。本申请的吸附剂能在常温环境，吸附治理富营养化水体的污染物，例如铵态氮等。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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。
图1为本申请实施例提供不同高温裂解的温度制得的吸附剂吸附水体中NH4 +的反应平衡时长图；
图2为本申请实施例提供不同高温裂解的时长对吸附剂的吸附性能的影响；
图3为本申请实施例提供不同改性剂对吸附剂的吸附动力学曲线结果图；
图4为本申请实施例提供富营养化水体pH对本申请实施例的大薸改性生物质炭吸附剂的吸附性能的影响；
图5为本申请实施例提供环境温度对本申请实施例的大薸改性生物质炭吸附剂的吸附性能的影响；
图6为本申请实施例提供采用改性剂和未采用改性剂处理制得大薸改性生物质炭吸附剂的扫描电镜图；
图7为本申请实施例提供采用改性剂和未采用改性剂处理制得大薸改性生物质炭吸附剂的红外光谱图；
图8为本申请对比例提供采用不同质量分数的硫酸活化处理制得的普通生物质炭吸附剂的吸附性能的结果。
具体实施方式
本申请提供了一种吸附剂及其制备方法和应用，用于解决解决现有吸附剂的吸附能力弱，特别是对于污染水体中铵态氮的吸附能力弱，无法达到排放标准，不能够满足人们的需求的技术缺陷。
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
实施例1
本申请实施例提供了不同高温裂解的温度和时间制得吸附剂的吸附性能试验，具体步骤如下：
一、不同高温裂解的温度制得的吸附剂吸附水体中NH4 +的反应平衡时长：
1、大薸植物粉末的获取：选取健康、生长良好的水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎、过筛等处理工序，装进密封袋后放于干燥器内待用，制得大薸植物粉末。
2、分别称量50g过80目筛的大薸植物粉末浸泡于1000mL浓度为20％H2SO4溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干后取适量置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至不同炭化裂解温度(250℃、350℃、450℃、550℃、650℃)并保持至1h，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经碳化后样品先后用5％盐酸溶液、蒸馏水漂洗多次，待溶液pH值恒定(pH＝7)后放在80℃烘箱内烘干至恒重，经研磨后过80目标准筛，制成五种不同炭化裂解温度(250℃、350℃、450℃、550℃、650℃)改性生物质炭的吸附剂。
3、分别称量0.2g五种不同炭化裂解温度(250、350、450、550、650℃)改性生物质炭的吸附剂置于250mL锥形瓶中，加入200mL模拟富营养化水体，每组设置3个重复实验，封盖后于200r/min、25℃的恒温振荡器内振荡吸附，在第0h、3h、6h、12h、24h、48h、72h、96h时取出，用注射器吸取上清液于50mL离心管中，经转速8000r/min离心机离心处理10min后，通过0.45μm孔径微孔滤膜过滤，分别测定滤液中NH4 +含量情况。结果如图1所示。
如图1可见，前24h五种不同炭化裂解温度的吸附剂对于水体中NH4 +的吸附呈现较大幅度波动的状态，之后随着反应时间的增加，暴露出来的吸附位点出现不断增多的现象，各吸附剂对NH4 +的吸附相对都有所增加，五种不同炭化裂解温度的吸附剂吸附过程直至72h时趋于平衡。因此，反应时间为72h是本申请实施例中H2SO4改性生物质炭的吸附剂反应平衡时长。
(2)不同高温裂解的温度对吸附剂的吸附性能的影响：
1、大薸植物粉末的获取：选取健康、生长良好的水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎、过筛等处理工序，装进密封袋后放于干燥器内待用，制得大薸植物粉末。
2、分别称量50g过80目筛的大薸植物粉末浸泡于1000mL浓度为20％H2SO4溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干后取适量置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至不同炭化裂解温度(250℃、350℃、450℃、550℃、650℃)并保持恒温1h，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经电子天平称量并记录碳化后的样品重量，获得不同高温裂解的温度下各改性生物质炭的产率情况。
表1不同高温裂解的温度下炭化所得各改性生物质炭的产率
Figure BDA0002563843750000061
如表1所示，随着高温裂解的温度的升高，本申请实施例的H2SO4改性生物质炭吸附剂的产率会不断有所下降，但处于某一制备温度时会出现上升状态，之后又呈现下降趋势，同时灰分含量、总孔隙会随着制备温度的增加而上升，但是制备温度不宜过高，否则反而会造成生物质炭比表面积的减少。因此，450℃为最适宜裂解温度，以下实施例中450℃裂解温度制得的H2SO4改性生物质炭吸附剂，命名为HPS-450。
(3)不同高温裂解的时长对吸附剂的吸附性能的影响：
1、大薸植物粉末的获取：选取健康、生长良好的水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎、过筛等处理工序，装进密封袋后放于干燥器内待用，制得大薸植物粉末。
2、分别称量50g过80目筛的大薸植物粉末浸泡于1000mL浓度为20％H2SO4溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干后取适量置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温450℃并保持至不同炭化裂解时长(0.5h、1h、2h、4h)，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经碳化后样品先后用5％盐酸溶液、蒸馏水漂洗多次，待溶液pH值恒定(pH＝7)后放在80℃烘箱内烘干至恒重，经研磨后过80目标准筛，制成四种不同炭化裂解时长(0.5h、1h、2h、4h)改性生物质炭的吸附剂。
3、分别称量0.2g 450℃炭化裂解温度、不同炭化裂解时长(0.5h、1h、2h、4h)改性生物质炭吸附剂置于250mL锥形瓶中，加入200mL模拟富营养化水体，每组设置3个重复实验，封盖后于200r/min、25℃的恒温振荡器中振荡吸附至72h时取出，用注射器吸取上清液于50mL离心管中，经转速8000r/min离心机离心处理10min后，借助0.45μm孔径微孔滤膜过滤，分别测定滤液中NH4 +含量情况。结果如图2所示。
如图2所示，当炭化时长为1h和4h时，H2SO4改性生物质炭的吸附剂对水体中NH4 +的吸附效果最佳，但其差距不大，出于其经济性的考量，采用比较适中的1h为接下来研究中H2SO4改性生物质炭吸附剂的炭化时长，命名为HPS-450-1。
(4)不同改性剂对吸附剂的吸附性能的影响：
1、大薸植物粉末的获取：选取健康、生长良好的水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎、过筛等处理工序，装进密封袋后放于干燥器内待用，制得大薸植物粉末。
2、称量50g过80目筛的大薸植物粉末浸泡于1000mL浓度为20％MgCl2·6H2O溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干后取适量置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至550℃并保持1h，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经碳化后样品先后用5％盐酸溶液、蒸馏水漂洗多次，待溶液pH值恒定(pH＝7)后放在80℃烘箱内烘干至恒重，经研磨后过80目标准筛，制成MgCl2·6H2O溶液改性生物质炭的吸附剂，命名为MPS-550-1。
称量50g过80目筛的大薸植物粉末浸泡于1000mL浓度为20％KOH溶液中，混匀后置于120rmp、25℃的恒温振荡器中振荡24h。将振荡后的样品混合物置于8000r/min离心机中离心10min后去除上层溶液，剩余混合物放于80℃烘箱中烘干后取适量置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至450℃并保持2h，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经碳化后样品先后用5％盐酸溶液、蒸馏水漂洗多次，待溶液pH值恒定(pH＝7)后放在80℃烘箱内烘干至恒重，经研磨后过80目标准筛，制成KOH溶液改性生物质炭的吸附剂，命名为KPS-450-2。
3、分别取0.2g的上述制得的HPS-450-1、MPS-550-1和KPS-450-2置于250mL锥形瓶中，并加入200mL模拟富营养化水体，每组设置3个重复实验，封盖后于200r/min、25℃的恒温振荡器中振荡吸附，在第0h、1h、2h、4h、6h、8h、24h、48h、72h、96h、120h时取出，用注射器吸取上清液于50mL离心管中，经转速8000r/min离心机离心处理10min后，用0.45μm孔径微孔滤膜过滤，分别测定滤液中NH4 +的含量情况，并利用不同取样时间点水体中铵态氮的吸附量绘制吸附动力学曲线。结果如图3所示。
如图3所示，各生物质炭吸附剂对NH4 +的吸附效果在前24h呈现波动变化，之后随着反应时间的增加，暴露出来的吸附位点出现不断增多的现象，各生物质炭对污染物的吸附趋于增长趋势，KOH改性生物质炭、MgCl2改性生物质炭、H2SO4改性生物质炭分别在96h、96h、72h时达到反应平衡时长，其最大吸附量分别高达25.641、26.325、27.521mg/g，均远远超过以往生物质炭对富营养化水体中氨氮的吸附效果，尤其是H2SO4改性生物质炭，其吸附效果最佳，且吸附所需时长相对较短，更为经济实用。
对比例
本申请对比例提供普通生物质炭吸附剂的吸附性能试验，步骤如下：
1、以小麦秸秆为原料，采用不同质量分数的硫酸进行活化处理，改性时间为24h，然后在500℃下热解2h，制得普通生物质炭。
2、然后将普通生物质炭置于氨氮溶液中进行吸附试验，吸附时间为达到吸附平衡时长，结果如图8所示，可见，采用高浓度硫酸改性小麦秸秆制得的生物质炭效果最佳，但是，其吸附量也仅达到11.7mg/g，远低于本申请实施例的H2SO4改性生物质炭吸附剂的。
实施例3
本申请实施例提供外部因素对大薸生物质炭的吸附剂的吸附性能的作用影响，具体的步骤如下：
(1)富营养化水体pH对本申请实施例的大薸生物质炭吸附剂的吸附性能的影响：
分别取0.2g上述制得的HPS-450-1投加到装有200mL模拟富营养化水体的250mL锥形瓶中，每组设置3个平行样品，用NaOH、HCl调节模拟富营养化水体的溶液初始pH分别是3、5、7、9、11，封盖后于200r/min、25℃的恒温振荡器中振荡吸附至72h时取出，用注射器吸取上清液于50mL离心管中，经转速8000r/min离心机离心处理10min后，利用0.45μm孔径微孔滤膜过滤，分别测定滤液中NH4 +的浓度。结果如图4所示。
从图4可知，在pH为3-7范围时，生物质炭对NH4 +的吸附量出现递增的现象，pH为7-11范围时，生物质炭对NH4 +的吸附量呈现先减少后增加的状态，因此，总体看来，溶液初始pH为7时，H2SO4改性生物质炭能最高效地吸附去除水体中的NH4 +。
(2)环境温度对本申请实施例的大薸生物质炭吸附剂的吸附性能的影响：
分别取0.2g HPS-450-1投加到装有200mL模拟富营养化水体的250mL锥形瓶中，每组设置3个平行样品，封盖后于分别15℃、25℃、35℃的恒温振荡器中以200r/min振荡吸附至72h时取出，用注射器吸取上清液于50mL离心管中，经转速8000r/min离心机离心处理10min后，通过0.45μm孔径微孔滤膜过滤，分别测定滤液中NH4 +的浓度。结果如图5所示。
如图5所示，环境温度过低会抑制生物质炭吸附剂吸附去除水体中的NH4 +，室温条件下有利于H2SO4改性生物质炭吸附剂吸附反应的进行，而高温条件下，其吸附效果虽有所下降，但波动不显著。因此，25℃是本申请实施例的吸附剂吸附治理富营养化水体中较为高效、经济可行的环境条件。
实施例4
本申请实施例提供了采用改性剂和未采用改性剂处理制得大薸生物质炭吸附剂对吸附净化富营养化水体的影响，步骤如下：
1、大薸植物粉末的获取：选取健康、生长良好的水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎、过筛等处理工序，装进密封袋后放于干燥器内待用，制得大薸植物粉末。
2、分别称量50g过80目筛的大薸植物粉末不做改性处理，直接置于石英方舟内，放入管式炉中后盖上盖子，管式炉中以40ml/min的流量持续通入氮气，保持炉内为无氧或缺氧状态，设置程序参数，使管式炉保持10℃/min的升温速度持续升温至450℃后保持恒温热解1h，热解结束后自然冷却，待管式炉降温至100℃左右后开盖，等仪器降温至室温再取出方舟，经碳化后样品先后用5％盐酸溶液、蒸馏水漂洗多次，待溶液pH值恒定(pH＝7)后放在80℃烘箱内烘干至恒重，经研磨后过80目标准筛，制成未改性生物质炭，命名为PS-450-1。
3、分别将少量上述制得的HPS-450-1和PS-450-1(未改性生物质炭，裂解温度为450℃，热解时长为1h)置于样品台上，利用扫描电子显微镜可以观察到改性前后生物质炭表面结构特征的变化情况。结果如图6所示。
从扫描电子显微镜(SEM)中发现，相较于未改性生物质炭而言，改性生物质炭的表面均较为粗糙，孔隙结构较为丰富且发达，存在更多的微孔、小孔结构，因此，H2SO4改性能使生物质炭表面变得更为粗糙，孔隙结构更为丰富且发达，粗糙的表面能有效增加生物质炭的比表面积，增加其表面活性位点，更有利于生物质炭吸附去除水体中的氮磷等污染物，实现水质的净化治理。
4、分别将少量上述制得的HPS-450-1和PS-450-1(未改性生物质炭，裂解温度为450℃，热解时长为1h)置于样品台上，利用傅里叶变换红外光谱仪测定得到改性前后生物质炭表面结构的谱图情况，通过与谱图库对比分析可得出生物质炭表面官能团的组成情况。本申请实施例采用的红外光谱仪为NICOLET 6700型FT-IR，样品需经溴化钾压片处理后方可进行扫描操作，扫描范围是400-4000cm-1。结果如图7所示。
如图7所示，HPS-450-1、PS-450-1在3400cm-1左右、3700cm-1处均出现羟基(-OH)伸缩振动峰，1600cm-1附近存在羰基(C＝O)、共轭的C＝C的伸缩振动峰，650-900cm-1范围内则出现芳烃的C-H弯曲振动峰。此外，PS-450-1在1090cm-1、795cm-1处均出现Si-O-Si和Si-O的特征峰，易与生物质原料中的金属元素发生反应产生云母铝硅酸盐，其呈现片状晶形，化学稳定性好，具有抗强酸强碱及抗压能力，易堵塞孔隙结构，不利于吸附过程的发生。而HPS-450-1在1116cm-1处出现SO4 2-的反对称伸缩峰，丰富了生物质炭的表面含氧基团的种类，也易与植物细胞壁上的Ca2+反应生成硫酸钙，而酸性条件下，硫酸钙在高温下与碳反应可产生CO2、H2S等挥发性气体，易逸出生物质炭表面丰富其孔隙结构。因此，本申请实施例的大薸生物质炭吸附剂存在相对丰富的含氧官能团，主要包括醚、羰基、羧基、羟基等，经硫酸活化处理后，可丰富生物质炭的孔隙结构、表面含氧官能团种类与数量，增加其表面活性吸附位点，有效提高生物质炭吸附剂的吸附性能。
5、分别将少量上述制得的HPS-450-1和PS-450-1(未改性生物质炭，裂解温度为450℃，热解时长为1h)置于样品台上，采用比表面测定仪测定两者的表面结构特征。比表面测定仪ASAP 2020M是将样品真空脱附后，在液氮条件下以惰性气体N2为吸附质，通过改变量气管中水银的液面，得到不同压力下的吸附量，从而绘制出相应的吸附等温线，可利用BET方程直接计算出样品的比表面积，并通过BJH方法可获得中孔体积、大孔体积、平均孔径等参数情况，T-Plot方法分析得到样品的微孔比表面积、微孔容积等。结果如表2所示。
表2 HPS-450-1和PS-450-1的大薸生物质炭的表面结构特征
Figure BDA0002563843750000121
如表2所示，以H2SO4为活化剂制备的生物质炭吸附剂，其BET比表面积、微孔表面积、总孔容、微孔孔容相比未改性生物质炭均得到提高，平均孔径则大大减少，说明硫酸改性能有效地增加生物质炭吸附剂的比表面积，获得更为丰富且发达的孔隙结构，因此，适量的H2SO4活化组分有利于增加生物质炭的比表面积，起到良好的造孔作用，更有利于富营养化水体的吸附净化。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将大薸植物粉末与改性剂混合改性，烘干后制得改性大薸物；所述改性剂选自硫酸水溶液；所述硫酸水溶液的浓度为20％～90％；
步骤2、将所述改性大薸物在无氧或缺氧状态和保护气氛下进行高温裂解反应，得到大薸生物炭；所述高温裂解反应的温度为450℃～550℃；所述高温裂解反应的时间为1～2h；
步骤3、将所述大薸生物炭与酸碱调节剂混合，漂洗直至所述大薸生物炭呈中性后，烘干得到吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述大薸植物粉末的制备方法为：将水生植物大薸，经清洗、剪碎、干燥、粉碎和过筛处理后，干燥制得大薸植物粉末。
3.一种吸附剂，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的制备方法制得的吸附剂。
4.权利要求1或2所述的制备方法制得的吸附剂或权利要求3所述的吸附剂在净化富营养化水体中的应用。
5.权利要求1或2所述的制备方法制得的吸附剂或权利要求3所述的吸附剂在吸附富营养化水体的铵态氮中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述富营养化水体的pH为3～11；所述吸附剂应用的环境温度为15～35℃。
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