CN112079342B - 一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法 - Google Patents

一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法。本发明属于生物质资源化及环境功能材料领域。本发明的目的在于解决目前制备磁性生物炭的方法过程复杂，高温高压预处理能耗高，以及常压恒温浸泡搅拌预处理耗时长，试剂用量大，使用还原剂污染环境的技术问题。方法：一、将废弃生物质加入到聚乙二醇和六水合氯化铁的混合水溶液中，常压恒温下加热反应，真空抽滤分离，将固体粉碎过筛后，清洗至pH为中性，烘干至恒重，得到预处理后生物质；二、高温碳化：将预处理后生物质置于管式炉中，在惰性气体保护下碳化处理，自然冷却至室温，得到磁性生物炭。本发明的方法采用聚乙二醇在常压恒温下对生物质进行预处理，反应时间短，能耗低，溶剂无污染，成本低。

Description

一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法
技术领域
本发明属于生物质资源化及环境功能材料领域；具体涉及一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法。
背景技术
我国是农业大国，每年产生数亿吨的废弃生物质，包括水稻秸秆，玉米秸秆，小麦秸秆和其他林业废弃物。如此庞大数量的废弃生物质不仅占据土地面积，同时，不当的处理，比如焚烧会给环境带来一定的污染和危害。因此，国家十分重视生物质的资源化处理，出台了一系列政策扶持生物质的资源化和能源化。
近年来，利用废弃生物质制备生物炭受到人们的关注。生物炭具有比表面积大，孔径小，官能团丰富等优点。通常情况下，生物质炭多数应用于水环境领域，它们在吸附重金属离子和催化有机污染物的降解等领域表现出独特的优势。然而，生物炭在处理废水后，面临着固液难以分离的问题。为了解决这一难题，磁性生物炭的研究应运而生。目前，关于磁性生物炭的制备方法主要包括化学沉淀法、水热法、微波加热法和一步法。这些方法往往涉及到将生物炭作为前驱体与金属或金属氧化物的复合过程，制备方法复杂、制备环境需要高温高压，以及使用有毒的还原剂等缺点。比如：生物炭作为前驱体复合纳米零价铁制备磁性生物炭的过程中，铁化合物需要经过氧化和还原等数次反应先转化为零价铁，然后与生物炭再进行复合。或者，在制备磁性金属纳米颗粒的过程中加入生物炭，然后于反应釜中高温高压反应制备复合型磁性生物炭。诸如此类的方法都在无形中提高了制备磁性生物炭的成本。因此，寻找一种操作简单、价格低廉、绿色生产的磁性生物炭制备方法成为了技术的关键。
发明内容
本发明的目的在于解决目前制备磁性生物炭的方法过程复杂，高温高压预处理能耗高，以及常压恒温浸泡搅拌预处理耗时长，试剂用量大，使用还原剂污染环境的技术问题，而提供了一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法。
本发明的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法按以下步骤进行：
一、生物质预处理：将废弃生物质加入到聚乙二醇和六水合氯化铁的混合水溶液中，常压恒温下加热反应，真空抽滤分离，将固体粉碎过筛后，清洗至pH为中性，烘干至恒重，得到预处理后生物质；
二、高温碳化：将步骤一得到的预处理后生物质置于管式炉中，在惰性气体保护下，升温至600～800℃，并在该温度下碳化处理1h～3h，自然冷却至室温，得到磁性生物炭。
进一步限定，步骤一中所述废弃生物质为植物秸秆、木材或畜禽粪便。
进一步限定，所述植物秸秆为水稻秸秆和玉米秸秆中的一种或两种按任意比的混合。
在步骤一预处理前，先将废弃生物质粉碎后过40～100目筛，然后用超纯水清洗2遍，再于60℃烘箱烘干至恒重。
进一步限定，步骤一中将固体粉碎后过20～120目筛，用超纯水清洗2遍，然后于60℃烘箱烘干至恒重。
进一步限定，步骤一中所述废弃生物质的质量与聚乙二醇和六水合氯化铁的混合水溶液的体积的比为1g：(15～25)mL。
进一步限定，步骤一中所述聚乙二醇和六水合氯化铁的混合水溶液中聚乙二醇与水的体积比为1：(0.8～1.2)，所述聚乙二醇和六水合氯化铁的混合水溶液中六水合氯化铁的质量浓度为2％～5％。
进一步限定，步骤一中于常压和60～100℃的恒温下加热反应20min～40min。
进一步限定，步骤一中于常压和80℃的恒温下加热反应30min。
进一步限定，步骤二中以5℃/min的升温速率升温至600～800℃。
进一步限定，步骤二中升温至700℃，并在该温度下碳化处理2h。
本发明与现有技术相比具有的显著效果如下：
1)本发明的方法操作简单，步骤少，采用聚乙二醇在恒温常压下对生物质进行预处理，处理过程只需要简单的加热反应即可完成，降低能耗，节约时间，降低成本，溶剂无污染，成本低，处理后的生物质经一步高温碳化转化为磁性生物炭。
2)磁性生物炭的物相组成简单，零价铁晶相特征明显，零价铁存在于生物炭的内部，保护其不被氧化。
3)生物炭具备磁性特征，有利于后续污染物修复后的回收分离。
附图说明
图1为具体实施方式一至三的磁性生物炭的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为具体实施方式一至三的磁性生物炭的振动样品磁强计(VSM)图；
图3为具体实施方式三的磁性生物炭的透射电镜(TEM)形貌图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法按以下步骤进行：
一、生物质预处理：将水稻秸秆粉碎后过100目筛，然后用超纯水清洗2遍，再于60℃烘箱烘干至恒重，然后取5g加入到100mL的PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中，常压60℃恒温下加热反应30min，真空抽滤分离，将固体粉碎过120目筛后，清洗至pH为中性，60℃下烘干至恒重，得到预处理后生物质；其中所述PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中PEG400与水的体积比为1：1，所述PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中六水合氯化铁的质量浓度为2.5％；
二、高温碳化：将步骤一得到的预处理后生物质置于管式炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率为升温至700℃，并在该温度下碳化处理2h，自然冷却至60℃以下时关掉气氛，继续冷却至室温，得到磁性生物炭。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中常压80℃恒温下加热反应30min。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中常压100℃恒温下加热反应30min。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
检测(一)：对具体实施方式一至三得到的磁性生物炭进行X射线衍射试验，得到如图1所示的磁性生物炭的X射线衍射(XRD)图谱。从图1中可以看出，具体实施方式一的图谱在44.6位置的零价铁晶体衍射峰开始出现，具体实施方式二的图谱在44.6位置的零价铁晶体衍射峰强度变强，具体实施方式三的图谱在44.6位置的零价铁晶体衍射峰变得尖锐，说明生物质炭中存在大量的晶体结构的零价铁。
检测(二)对具体实施方式一至三得到的磁性生物炭进行磁性检测，得到如图2所示的磁性生物炭的振动样品磁强计(VSM)图，从图2可以看出，具体实施方式一的磁性生物炭的磁性强度为3emu/g，具体实施方式二的磁性生物炭的磁性强度为3.6emu/g，具体实施方式三的磁性生物炭的磁性强度为5emu/g。
检测(三)对具体实施方式三得到的磁性生物炭进行透射电镜检测，得到如图3所示的磁性生物炭的透射电镜(TEM)形貌图，从图3可以看出零价铁被包裹在炭的内部，大多呈现纳米级，分散性很好。

Claims (7)

1.一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
一、生物质预处理：将废弃生物质加入到PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中，于常压和60～100℃的恒温下加热反应20min～40min，真空抽滤分离，将固体粉碎过筛后，清洗至pH为中性，于60℃烘箱烘干至恒重，得到预处理后生物质；所述废弃生物质的质量与PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液的体积的比为1g：(15～25)mL，所述PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中PEG400与水的体积比为1：(0.8～1.2)，所述PEG400和六水合氯化铁的混合水溶液中六水合氯化铁的质量浓度为2％～5％；
二、高温碳化：将步骤一得到的预处理后生物质置于管式炉中，在惰性气体保护下，升温至600～800℃，并在该温度下碳化处理1h～3h，自然冷却至室温，得到磁性生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，步骤一中所述废弃生物质为植物秸秆、木材或畜禽粪便。
3.根据权利要求2所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，所述植物秸秆为水稻秸秆和玉米秸秆中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，在步骤一预处理前，先将废弃生物质粉碎后过40～100目筛，然后用超纯水清洗2遍，再于60℃烘箱烘干至恒重。
5.根据权利要求1所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，步骤一中将固体粉碎后过20～120目筛，清洗至pH为中性。
6.根据权利要求1所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，步骤二中以5℃/min的升温速率升温至600～800℃。
7.根据权利要求1所述的一种利用废弃生物质制备磁性生物炭的方法，其特征在于，步骤二中升温至700℃，并在该温度下碳化处理2h。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111569831A (zh) * 2020-04-21 2020-08-25 哈尔滨工业大学 一种长期稳定的生物炭-零价铁复合材料及其一步制备方法
CN112938929B (zh) * 2021-02-09 2022-11-15 同济大学 一种利用秸秆高效制备磁性生物炭的方法与应用
CN113860474A (zh) * 2021-11-10 2021-12-31 哈尔滨工业大学 一种生物炭协同Fe(II)和溶解氧去除中性工业废水中重金属的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103691375A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 华南理工大学 一种壳核型纳米铁复合颗粒及制备方法和应用
CN103771414A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 大连大学 一种快速活化制备高比表面积活性炭的方法
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
CN106185929A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 句容市百诚活性炭有限公司 一种具有发达孔隙结构的活性炭的制备方法
CN106946251A (zh) * 2017-04-12 2017-07-14 福建省鑫森炭业股份有限公司 一种高性能蜂窝活性炭及其制备方法
WO2018124972A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 Institut "Jozef Stefan" Method and system for the potabilization of effluents from biological wwtps
CN111097414A (zh) * 2019-12-11 2020-05-05 中国科学院生态环境研究中心 一种多孔材料负载超细纳米零价铁的简单方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1974627A (zh) * 2006-12-28 2007-06-06 李剑飞 一种聚氨酯材料及其制备方法
CN105037745B (zh) * 2015-07-14 2017-06-16 河南科技大学 一种聚乙二醇木质素溶剂及其在木质素分离提取中的应用
CN110127695A (zh) * 2018-11-22 2019-08-16 南京林业大学 一种超级电容器用锯木屑基多孔炭的制备方法
CN111320172B (zh) * 2020-02-28 2021-09-07 中国矿业大学 一种含微孔-介孔孔道的生物质活性炭基电极材料的定向合成方法及其应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103691375A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 华南理工大学 一种壳核型纳米铁复合颗粒及制备方法和应用
CN103771414A (zh) * 2014-01-13 2014-05-07 大连大学 一种快速活化制备高比表面积活性炭的方法
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
CN106185929A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 句容市百诚活性炭有限公司 一种具有发达孔隙结构的活性炭的制备方法
WO2018124972A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 Institut "Jozef Stefan" Method and system for the potabilization of effluents from biological wwtps
CN106946251A (zh) * 2017-04-12 2017-07-14 福建省鑫森炭业股份有限公司 一种高性能蜂窝活性炭及其制备方法
CN111097414A (zh) * 2019-12-11 2020-05-05 中国科学院生态环境研究中心 一种多孔材料负载超细纳米零价铁的简单方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Adsorption and reductive degradation of Cr(VI) and TCE by a simply synthesized zero valent iron magnetic biochar;Liu, YY et al.;《JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT》;20190124;第235卷;第277页2.2 Preparation of magnetic biochar *
Polyethylene glycol-stabilized nano zero-valent iron supported by biochar for highly efficient removal of Cr(VI);Wu, HH et al.;《ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY》;20191105;第188卷;第109902-(1-8)页 *
Sustainable Pyrolytic Production of Zerovalent Iron;Lawrinenko, M et al.;《ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING》;20161119;第5卷(第1期);第767-773页 *
纳米零价铁的制备及应用研究进展;谢青青等;《化工进展》;20170605;第36卷(第6期);第2208-2214页 *

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