CN111939872A - 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111939872A
CN111939872A CN202010810126.0A CN202010810126A CN111939872A CN 111939872 A CN111939872 A CN 111939872A CN 202010810126 A CN202010810126 A CN 202010810126A CN 111939872 A CN111939872 A CN 111939872A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hemp
activated
powder
preparation
tetracycline
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.)
Granted
Application number
CN202010810126.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111939872B (zh
Inventor
张声森
杨莞榕
杨卓鸿
周武艺
方岳平
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.)
South China Agricultural University
Original Assignee
South China Agricultural 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 South China Agricultural University filed Critical South China Agricultural University
Priority to CN202010810126.0A priority Critical patent/CN111939872B/zh
Publication of CN111939872A publication Critical patent/CN111939872A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111939872B publication Critical patent/CN111939872B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及吸附材料技术领域，特别是一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将汉麻杆粉末与活化剂混合，研磨均匀得到混合粉；将混合粉末在惰性气体保护下升温至700～800℃焙烧，降温后将所得黑色蓬松产物经研磨成细粉末；将细粉末加入盐酸中，酸洗2‑4小时，过滤得滤渣，将滤渣水洗5‑10次后烘干，即得。本发明还提供了一种由上述制备方法得到的活化汉麻碳吸附剂及其在处理抗生素废水中的应用。本发明的活化汉麻碳吸附剂去除抗生素特别是四环素具有吸附平衡时间短，去除率高的特点，吸附在0.5h内达到平衡，对较高浓度的四环素去除率可达到100％。

Description

一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及吸附材料技术领域，特别是一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用。
背景技术
水污染处理方法中，由于吸附法具有原料来源广泛、操作简单、处理高效等优点而广泛使用。其中，利用生物基质作为原料制备吸附剂，不仅能降低成本、简化制备过程，而且基于生物炭本身特有的孔隙度大，表面官能团丰富等特质，还能大幅提高吸附能力，在实际运用中具备优势。
但目前生物基质制备成吸附剂时，碳化和活化步骤大多是分开的，活化方法也较为繁琐，所以亟需一种易制备，高性能的生物碳吸附剂。
现有技术中，专利CN104692379A公开了一种汉麻秆活性炭的制备方法，用于净水器滤芯上的应用，但该方法的活化和炭化过程是分开的，且炭化过程较为复杂。
专利CN110203929A公开了一种通过酸腐蚀和炭化相结合来制备汉麻活性碳的方法，同样该方法过程较为繁琐，该材料应用于污染物的吸附，但对四环素的吸附能力不佳。
所以探究一种集碳化和活化为一体的简便制备方法，使制备的生物碳具有优越的去除四环素的性能，在扩展材料应用方面具有实际的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用，以解决上述问题中的一种或几种。
根据本发明的一个方面，提供了一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
将汉麻秆粉末与活化剂混合，研磨均匀得到混合粉；
将混合粉末在惰性气体保护下升温至700～800℃焙烧，降温后将所得黑色蓬松产物经研磨成细粉末；
将细粉末加入盐酸中，酸洗2-4小时，过滤得滤渣，将滤渣水洗5-10次后烘干，即得。
在一些实施方式中，汉麻秆粉末和活化剂的质量比为(1～2)：(1～3)。
在一些实施方式中，活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的至少一种。
在一些实施方式中，焙烧的具体步骤为：由常温升温到700～800℃，保持2-2.5h。
在一些实施方式中，焙烧用的惰性气体为N2，气体流速为50-100mL/min，升温速率为2-3℃/min。
在一些实施方式中，盐酸浓度为1-3mol/L，体积为60-120mL。
在一些实施方式中，烘干时将水洗后的滤渣置于60℃-80℃左右的烘箱烘干。
根据本发明的另一个方面，提供了一种通过上述制备方法得到的活化汉麻碳吸附剂。
根据本发明的还一个方面，提供了上述活化汉麻碳吸附剂在处理抗生素废水中的应用。
特别地，抗生素为四环素。
优选地，含有四环素的水溶液中四环素的浓度为30～50mg/L。
本发明的活化汉麻碳吸附剂在处理抗生素废水时，将活化汉麻碳吸附剂加入到含有四环素的水溶液中，在不调pH值及黑暗条件下进行搅拌吸附处理即可。
本发明的活化汉麻碳吸附剂去除抗生素特别是四环素具有吸附平衡时间短，去除率高的特点，吸附在0.5h内达到平衡，对较高浓度的四环素去除率可达到100％；而且，其原料来源经济，集生物碳的碳化和活化为一体，制备简单，可适用于大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1-3、对比例所得碳粉的XRD图，其中(1)为2:1活化汉麻碳粉，(2)为1:1活化汉麻碳粉，(3)为1:2活化汉麻碳粉；
图2为实施例3和对比例1制得的碳粉的红外分析图；
图3为实施例3和对比例1制得的碳粉的扫描电镜图；
图4为实施例3和对比例1制得的碳粉的比表面分析图；
图5为实施例3和对比例1制得的碳粉的对四环素的去除效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。若无特殊说明，以下化学试剂均为市购。
实施例1
一种活化汉麻碳吸附剂，通过如下方法制备得到：
(1)按质量比为1:1分别称取汉麻秆粉和碳酸氢钠，置于研钵中，研磨均匀得到混合粉末；
(2)将混合粉末置于磁舟中，放入管式炉，以3℃/min升温至800℃，保持一小时，自然降温后，得到黑色团聚固体；
(3)将黑色团聚固体研磨成均匀的粉末，倒入烧杯中，加入60mL1.7mol/L盐酸，搅拌酸洗3小时，结束后抽滤留滤渣，用纯水将滤渣过滤洗5次(100mL/次)，置于80℃烘箱烘干燥12小时，得到本实施例的产物。
对本实施例得到的产物进行XRD衍射，如图1所示，在25°和45°处的宽峰为碳的衍射峰，可知本实施例制备的样品为纯碳；同时，本实例所得产物的红外分析如图2所示，可见与未活化的汉麻碳相比，在3375cm-1处有新增的-OH键，在1150-1350cm-1处有新增的C-O键，说明，本实施例的产物为活化汉麻碳粉，活化后的汉麻碳粉可以进一步通过氢键，阳离子交换等方式与四环素结合。
实施例2
一种汉麻活化碳吸附剂，通过如下方法制备得到：
(1)按质量比为2:1分别称取汉麻秆粉和碳酸氢钠，置于研钵中，研磨均匀得到混合粉末；
(2)将混合粉末置于磁舟中，放入管式炉，以3℃/min升温至800℃，保持一小时，自然降温后，得到黑色团聚固体；
(3)将黑色团聚固体研磨成均匀的粉末，倒入烧杯中，加入60mL1.7mol/L盐酸，搅拌酸洗3小时，结束后抽滤留滤渣，用纯水将滤渣过滤洗5次(100mL/次)，置于60℃烘箱烘干燥12小时，得到本实施例的产物。
对本实施例得到的产物进行XRD衍射，如图1所示，在25°和45°处的宽峰为碳的衍射峰，可知本实施例制备的样品为纯碳；
同时，本实例所得产物的红外分析如图2所示，可见本实施例得到的产物的表面官能团与实施例1相近，说明，本实施例的产物为活化汉麻碳粉。
实施例3
一种活化汉麻碳吸附剂，通过如下方法制备得到：
(1)按质量比为1:2分别称取汉麻秆粉和碳酸氢钠，置于研钵中，研磨均匀得到混合粉末；
(2)将混合粉末置于磁舟中，放入管式炉，以3℃/min升温至800℃，保持一小时，自然降温后，得到黑色团聚固体；
(3)将黑色团聚固体研磨成均匀的粉末，倒入烧杯中，加入60mL1.7mol/L盐酸，搅拌酸洗3小时，结束后抽滤留滤渣，用纯水将滤渣过滤洗5次(100mL/次)，置于65℃烘箱烘干燥12小时，得到本实施例的产物。
对本实施例得到的产物进行XRD衍射，如图1所示，在25°和45°处的宽峰为碳的衍射峰，可知本实施例制备的样品为纯碳；本实例所得产物的红外分析如图2所示，本实例得到的产物表面具有-OH，C-H，C-O等官能团，说明，本实施例的产物为活化汉麻碳粉。
对本实施例的活化汉麻碳粉进行电镜扫描，如图3中d-e所示，可以看出活化后的汉麻碳表面形成了密集的孔洞，这样的结构增大了比表面积，借助密集的孔洞和比表面的优势，对污染物的捕获和吸附能力有很大的提高，有利于捕获污染物。
对比例1
一种纯汉麻碳吸附剂，通过如下方法制备得到：
(1)将质量为1g的汉麻秆粉置于磁舟中，放入管式炉，以3℃/min升温至800℃，保持一小时，自然降温后，得到黑色团聚固体；
(2)将黑色团聚固体研磨成均匀的粉末，倒入烧杯中，加入60mL1.7mol/L盐酸，搅拌酸洗3小时，结束后抽滤留滤渣，用纯水将滤渣过滤洗5次(100mL/次)，置于80℃烘箱烘干燥12小时，得到本实施例的产物。
对本对比例得到的产物进行XRD衍射，如图1所示，在25°和45°处的宽峰为碳的衍射峰，可知本实施例制备的样品为纯碳，且在25.1°的位置具有石墨碳的尖峰，说明，本对比例的产物为纯汉麻碳粉；
对纯汉麻碳粉进行电镜扫描，如图3中a-c所示，可以看出纯汉麻碳粉的表面平滑，基本没有孔的形成；
同时，本实例所得产物的红外分析如图2所示，可见主要的吸收峰为C-H键。因此，纯汉麻碳粉吸附四环素主要是由于氢键的作用。
将实施例3得到的1:2活化汉麻碳粉与对比例1得到的纯汉麻碳粉的比表面进行对比，如图4所示，由图可知，实施例3得到的1:2活化汉麻碳粉的比表面积为211.75m2/g，比纯汉麻碳粉的比表面增大了2.3倍，孔径主要分布在3-5nm。说明，实施例3的活化汉麻碳粉具有相对密集的孔洞结构，其比表面积远远大于纯汉麻碳吸附剂。
抗生素以四环素为例，对实施例1-3、对比例1制备得到的吸附剂对抗生素的吸附效果进行对比，结果如图5所示，由图中可以看出：
对比例1得到的纯汉麻碳粉对50mg/L 50mL四环素的去除效果：吸附在15min内达到平衡，60min内对四环素的去除率为71.53％，吸附容量为178.82mg/g。
实施例1得到的1:1活化汉麻碳粉对50mg/L 50mL四环素的去除效果：吸附在15min内达到平衡，60min内对四环素的去除率为71.9％，吸附容量为179.73mg/g。实施例1得到的1:1活化汉麻碳粉对四环素的去除效果与纯汉麻碳粉相近，这是由于活化剂的份量不够，不足以在碳材料表面造出孔洞结构，故对吸附的影响不大。
实施例2得到的2:1活化汉麻碳粉对50mg/L 50mL四环素的去除效果：吸附在15min内达到平衡，60min内对四环素的去除率为37.24％，吸附容量为93.09mg/g。与纯汉麻碳粉相比，本实例得到的活化汉麻碳粉对四环素的去除率降低，是由于不足量的活化剂对生物炭表面没有足够的刻蚀能力。
实施例3得到的1:2活化汉麻碳粉对50mg/L 50mL四环素的去除效果：吸附在15min内达到平衡，60min内对四环素的去除率为99.93％，吸附容量为250mg/g。所以，密集的孔洞对吸附能力的提升起着决定性作用。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将汉麻秆粉末与活化剂混合，研磨均匀得到混合粉；
将混合粉末在惰性气体保护下升温至700～800℃焙烧，降温后将所得黑色蓬松产物经研磨成细粉末；
将细粉末加入盐酸中，酸洗2-4小时，过滤得滤渣，将滤渣水洗后烘干，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述汉麻秆粉末和所述活化剂的质量比为(1～2)：(1～3)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，焙烧的具体步骤为：由常温升温到700～800℃，保持2-2.5h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，焙烧用的惰性气体为N2，气体流速为50-100mL/min，升温速率为2-3℃/min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸浓度为1-3mol/L，体积为60-120mL。
7.权利要求5或6所述的制备方法得到的活化汉麻碳吸附剂。
8.权利要求7所述的活化汉麻碳吸附剂在处理抗生素废水中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述抗生素为四环素。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述四环素在水溶液中的浓度为30～50mg/L。
CN202010810126.0A 2020-08-12 2020-08-12 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用 Active CN111939872B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010810126.0A CN111939872B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010810126.0A CN111939872B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111939872A true CN111939872A (zh) 2020-11-17
CN111939872B CN111939872B (zh) 2021-11-02

Family

ID=73331635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010810126.0A Active CN111939872B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111939872B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114950360A (zh) * 2022-04-24 2022-08-30 江汉大学 一种由荷叶衍生的生物质活性碳吸附材料及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02160043A (ja) * 1988-12-12 1990-06-20 Osaka Gas Co Ltd 成形吸着体およびその製造方法
CN102814163A (zh) * 2012-09-03 2012-12-12 湖南农业大学 高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法
CN105498691A (zh) * 2016-01-21 2016-04-20 湖南大学 一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法
CN106607007A (zh) * 2015-10-20 2017-05-03 北京林业大学 一种MgO负载汉麻秆活性炭的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02160043A (ja) * 1988-12-12 1990-06-20 Osaka Gas Co Ltd 成形吸着体およびその製造方法
CN102814163A (zh) * 2012-09-03 2012-12-12 湖南农业大学 高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法
CN106607007A (zh) * 2015-10-20 2017-05-03 北京林业大学 一种MgO负载汉麻秆活性炭的制备方法
CN105498691A (zh) * 2016-01-21 2016-04-20 湖南大学 一种用于处理六价铬废水的苎麻生物碳制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张悍等: "米糠和麦麸生物炭对水中四环素吸附特性研究", 《环境科学与技术》 *
霍朝晖等: "大麻杆生物质碳负载Pt用于电催化氧化甲醇", 《化学研究与应用》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114950360A (zh) * 2022-04-24 2022-08-30 江汉大学 一种由荷叶衍生的生物质活性碳吸附材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111939872B (zh) 2021-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110064367B (zh) 一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用
Hu et al. Porous extruded-spheronized Li4SiO4 pellets for cyclic CO2 capture
CN111203180B (zh) 一种磁性生物炭复合吸附剂及其制备方法和应用
CN113368812B (zh) 一种Co3O4/埃洛石复合材料、制备方法及应用
CN109833847B (zh) 一种镍氧化物改性的多孔氮化硼吸附剂及其制备方法
CN112090396B (zh) 一种利用生物质废渣制备染料废水吸附材料的方法
CN111943199A (zh) 一种以对苯二酚硫酸钾为活化剂制备硫氮共掺杂多孔碳材料的方法
CN114029035A (zh) 一种改性污泥质生物炭的制法及所得生物炭与应用
CN115178239B (zh) 同步吸附水中氮磷的金属改性多孔炭材料及制备方法
CN111762770A (zh) 一种含氧官能团功能化的多孔碳球的制备方法
CN113368905A (zh) 以壳聚糖为底物合成Co单原子的方法及其在高效活化过硫酸盐降解有机污染物中的应用
CN111939872B (zh) 一种活化汉麻碳吸附剂的制备方法及应用
CN112354533A (zh) 一种仿生合成活性炭-二氧化钛复合材料的制备方法
Kang et al. Preparation of activated carbon from paper mill sludge by KOH-activation
CN114452959A (zh) 一种简单高效的吸附剂复合方法
CN108383540B (zh) 一种改性粉煤灰陶瓷及其制备方法和应用
CN113750961A (zh) 一种二氧化碳吸附剂及其制备方法
CN114700065B (zh) 一种废旧树脂碳球型复合臭氧催化剂及其制备方法和应用
CN116510688A (zh) 一种氮掺杂高微孔碳材料及其制备方法和应用
CN114956078A (zh) 一种多孔碳材料及其制备方法和应用
CN110624496B (zh) 一种用于有机废水净化的多孔氮化硼基复合材料的制备方法
CN116586096B (zh) 一种氮化碳改性生物炭材料及其制备方法
CN114700036B (zh) 一种改性烟杆基生物质多级孔炭及其制备方法和应用
CN116726882B (zh) 一种多尺寸八面体MIL-88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法
CN116726877B (zh) 生物质多孔碳制备及其二氧化碳吸附应用

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant