CN113070036A - 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 - Google Patents
一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113070036A CN113070036A CN202110334750.2A CN202110334750A CN113070036A CN 113070036 A CN113070036 A CN 113070036A CN 202110334750 A CN202110334750 A CN 202110334750A CN 113070036 A CN113070036 A CN 113070036A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biomass
- based functional
- functional carbon
- micro
- charcoal
- 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
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 108
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 24
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 18
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 13
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 41
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 20
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 241000209140 Triticum Species 0.000 claims description 3
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 3
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 7
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 6
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 description 1
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 description 1
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010806 kitchen waste Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
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
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
-
- 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
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- 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
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
- B01J2220/4812—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character
- B01J2220/4825—Polysaccharides or cellulose materials, e.g. starch, chitin, sawdust, wood, straw, cotton
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)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用。本发明利用废弃生物质在高温厌氧状态下煅烧成炭，再将三氯化铁，硫酸亚铁以及十六烷基三甲基溴化铵对废弃生物质炭进行改性，制备得到可以用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭。所得的生物质基功能炭颗粒大小均匀，吸附容量高，稳定性高，环境友好，且主要材料的成本低廉，可做到以废治废，废物利用。
Description
技术领域
本发明属于材料合成及水处理领域，具体涉及一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用。
背景技术
生物质炭具有吸附性能好、价格低廉的特点，被应用于环境治理和生态修复。但因为难于从水中分离，所以限制了生物质炭的大规模应用。目前，生物质炭复合材料的研究越来越受到关注，磁性生物质炭作为复合生物质炭的一种，具有易于从水体中分离的优点。另外，利用生物质基功能炭去除水体中的污染物，达到以废治废的目的，并且可以循环利用，反复实验后的微塑料去除效果也能在85％以上。
十六烷基三甲基溴化铵为阳离子型活性剂，溶于水中呈现正电性。使用十六烷基三甲基溴化铵对其进行改性，十六烷基三甲基溴化铵电离出的阳离子通过静电吸引作用与磁性生物质炭相互作用，包覆在磁性生物质炭的表面，使其表面性能得到改变。十六烷基三甲基溴化铵的吸附性能随着吸附剂的不同差别比较大，这是由于吸附剂的表面电性及内部分子结构所决定的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭及其制备方法。
本发明另一的目的在于提供上述方法制备的生物质基功能炭在去除微塑料中的应用。
本发明的再一目的在于提供上述方法制备的生物质基功能炭去除水中微塑料的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭及其制备方法，包括以下步骤：
S1、将粉碎后过筛的废弃生物质在高温厌氧状态下进行煅烧，得到生物质炭；
S2、将上步出炉后的生物质炭利用硝酸浸泡酸洗，再用去离子水洗涤若干次，直至上清液pH值基本稳定，倒去上清液并烘干；
S3、将三氯化铁和硫酸亚铁配成溶液，将步骤S2已烘干的生物质炭加入溶液，并做超声处理，之后在氮气氛围下持续滴加氢氧化钠溶液并搅拌，将最终混合物的pH值控制在10～12的范围内；
S4、用磁铁收集上步溶液中的磁性生物质炭，用去离子水洗涤，直至溶液的pH值不变，倒去上清液并烘干，再在高温厌氧状态下进行煅烧；
S5、在水浴加热环境下配置十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液并加入上步煅烧后的磁性生物质炭，搅拌使其充分反应后用去离子水洗涤若干次，干燥后得到生物质基功能炭。
本发明利用废弃生物质在高温厌氧状态下煅烧成炭，再将三氯化铁，硫酸亚铁以及十六烷基三甲基溴化铵对废弃生物质炭进行改性，制备得到可以用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭。所得的生物质基功能炭颗粒大小均匀，吸附容量高，稳定性高，环境友好，且主要材料的成本低廉，可做到以废治废，废物利用。
进一步的，步骤S1中，废弃生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、玉米秸秆中的至少一种。
进一步的，步骤S2中，硝酸浓度应为1～3mol/L。
进一步的，步骤S3中，硫酸亚铁和三氯化铁的摩尔质量比为0.5～1.5：1。
进一步的，步骤S3中，硫酸亚铁和三氯化铁的总质量与已烘干的生物质炭质量比为1～2：2。
进一步的，步骤S3中，氢氧化钠溶液浓度应为1～3mol/L。
进一步的，步骤S1或步骤S4中，高温厌氧状态下煅烧反应温度为400～800℃，反应时间为10～120min，反应环境为氮气气氛。
进一步的，步骤S5中，十六烷基三甲基溴化铵和上述煅烧后的磁性生物质炭的质量比为10～1000：1。
进一步的，步骤S2、步骤S4或步骤S5中，烘干机的设定温度为50～80℃，设定时间为2～24h。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭在去除水体中微塑料的应用。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭在去除水体中微塑料的方法，包括以下步骤：
S1、将含有微塑料的水体调节pH值至4.0～10.0；
S2、在含有微塑料的水体中加入氯化钠50～800mM；
S3、将权利要求1～9任一项所述方法制备的生物质基功能炭加入步骤
S1或步骤S2的水体中；以150～300rpm转速振荡搅拌反应1～24h；
S4、反应结束后用外加磁场对生物质基功能炭进行分离回收，即去除了水中的微塑料。
与现有的一些去除微塑料的材料和方法相比，本发明的有益效果是：
(1)用量少，吸附容量高。本发明所制得的生物质基功能炭具有较大的比表面积和大量的吸附位点等特点，因此用少量的生物质基功能炭就可以轻松去除微塑料。
(2)成本低廉，以废治废。制备过程中用到的主要原料为废弃生物质，真正实现了废物利用。其他的改性材料价格低，购买方便。
(3)稳定性高，环境友好。生物质基功能炭对水体中微塑料进行吸附分离过程中，不会在水样中引入任何有毒有害的物质，不会造成污染。
附图说明
图1为本发明生物质基功能炭CMB和传统磁性炭对水体中聚苯乙烯和羧基聚苯乙烯微塑料的去除效率对比图；
图2为本发明生物质基功能炭的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
一种用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭及其制备方法，包括以下步骤：
S1、将粉碎后过筛的废弃生物质在高温厌氧状态下进行煅烧，得到生物质炭；
S2、将上步出炉后的生物质炭利用硝酸浸泡酸洗，再用去离子水洗涤若干次，直至上清液pH值基本稳定，倒去上清液并烘干；
S3、将三氯化铁和硫酸亚铁配成溶液，将上步已烘干的生物质炭加入溶液，并做超声处理。之后在氮气氛围下持续滴加氢氧化钠溶液并搅拌，将最终混合物的pH值控制在10～12的范围内；
S4、用磁铁收集上步溶液中的磁性生物质炭，用去离子水洗涤，直至溶液的pH值不变，倒去上清液并烘干，再在高温厌氧状态下进行煅烧；
S5、在水浴加热环境下配置十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液并加入上步煅烧后的磁性生物质炭，搅拌使其充分反应后用去离子水洗涤若干次，干燥后得到最终成品。
优选的，所述废弃生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、谷壳、果壳、果皮、甘蔗渣、木屑、餐厨垃圾、市政污泥中的至少一种。
优选的，步骤S2中，硝酸浓度应为1～3mol/L。
优选的，步骤S3中，硫酸亚铁和三氯化铁的摩尔质量比为0.5～1.5：1。
优选的，步骤S3中，硫酸亚铁和三氯化铁的总质量与已烘干的生物质炭质量比为1～2：2。
优选的，步骤S3中，氢氧化钠溶液浓度应为1～3mol/L。
优选的，步骤S1或步骤S4中，高温厌氧状态下煅烧反应温度为400～800℃，反应时间为10～120min，反应环境为氮气气氛。
优选的，步骤S5中，十六烷基三甲基溴化铵和上述煅烧后的磁性生物质炭的质量比为10～1000：1。
优选的，步骤S2、步骤S4或步骤S5中，烘干机的设定温度为50～80℃，设定时间为2～24h。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭在去除水体中微塑料的应用。
上述任一项所述方法制备的生物质基功能炭在去除水体中微塑料的方法，包括以下步骤：
S1、将含有微塑料的水体调节pH值至4.0～10.0；
S2、在含有微塑料的水体中加入氯化钠50～800mM；
S3、将上述任一项所述方法制备的磁性生物质炭加入步骤S1或步骤S2的水体中；以150～300rpm转速振荡搅拌反应1～24h；
S4、反应结束后用外加磁场对生物质基功能炭进行分离回收，磁性分离的时间为10～120min，即去除了水中的微塑料。
实施例1一种用于去除水体中微塑料的生物质基功能炭及其制备方法：
(1)将2.5g粉碎后的油菜秸秆送入管式炉中，在氮气环境下800℃高温煅烧120min成炭。
(2)出炉后利用2mol/L硝酸处理油菜秸秆生物质炭，浸泡酸洗24小时，再用去离子水洗涤若干次，直至上清液pH值基本稳定，倒出上清液后的油菜秸秆生物质炭放入70℃烘箱12个小时烘干。
(3)在三口烧瓶中分别加入1g的三氯化铁和1g的硫酸亚铁配成溶液，并加入2g酸洗过的生物炭，用超声波清洗机处理，设定功率为50％以上，时长为5min。之后在氮气氛围下持续滴加2mol/L氢氧化钠溶液，将最终混合物的pH值控制在10.0，室温条件下持续搅拌2小时。用磁铁收集磁性炭，去离子水洗涤，直至溶液的pH值不变，在80℃烘箱中干燥12小时。
(4)将烘干后的磁性炭送入管式炉在氮气气氛下800℃高温煅烧120min。
(5)在30℃水浴加热环境下配置十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液，将磁性生物质炭按照质量比1:10的比例投加进溶液中，即煅烧后的磁性生物质炭与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的质量比为10:1，在机器搅拌下反应72小时，反应结束后用0.6L去离子水洗涤20次，送入烘箱干燥得到1.6986g生物质基功能炭。
下面对实施例1制备的生物质基功能炭作进一步的效果检测。
将直径在0.06～10μm之间的羧基化聚苯乙烯微球和聚苯乙烯微球分别配置成20mg/L的溶液，将原溶液稀释成浓度梯度在0到10mg/L之间。另外还配置了pH值分别为4.0和8.0下的微塑料溶液，以及为了模拟海水环境而设置浓度梯度在50到500mM之间的氯化钠环境微塑料溶液。将生物质基功能炭分别投入不同浓度的微塑料溶液中进行吸附动力学，吸附热力学，吸附等温线实验。图1为本发明实施例1制备的生物质基功能炭CMB和传统磁性炭对水体中聚苯乙烯和羧基聚苯乙烯微塑料的去除效率对比图。
将实验后的溶液上清液用荧光分光光度计测量得到色谱图的峰面积并记录。可以从结果图中直观地了解到生物质基功能炭在不同浓度，对于不同种类的塑料微球的吸附性能，另外还有从2000、5000、10000、20000μm放大倍数下生物质基功能炭表面吸附塑料微球的电镜图片。图2为本发明实施例1的生物质基功能炭的扫描电镜图。
反应结束后用外加磁场对生物质基功能炭进行分离回收，磁性分离的时间30min，即去除了水体中的塑料微球。
利用荧光分光光度计于505nm处测定处理后溶液中剩余塑料微球的浓度，结果表明本发明生物质基功能炭对各类塑料微球的去除率为90％，远高于传统过滤方法。
综合对本发明制备的生物质基功能炭的效果检测结果发现：
(1)本发明所制得的生物质基功能炭具有较大的比表面积和大量的吸附位点等特点，因此用少量的生物质基功能炭就可以轻松去除微塑料。
(2)本发明生物质基功能炭的制备过程中用到的主要原料为废弃生物质，真正实现了废物利用。其他的改性材料价格低，购买方便。因为与三氯化铁和硫酸亚铁结合，可利用外加磁场实现简单快速分离，实现反复高效利用。
(3)本发明生物质基功能炭对水体中微塑料进行吸附分离过程中，不会在水样中引入任何有毒有害的物质，不会造成污染。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物质基功能炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将粉碎后过筛的废弃生物质在高温厌氧状态下进行煅烧，得到生物质炭；
S2、将上步出炉后的生物质炭利用硝酸浸泡酸洗，再用去离子水洗涤若干次，直至上清液pH值基本稳定，倒去上清液并烘干；
S3、将三氯化铁和硫酸亚铁配成溶液，将步骤S2已烘干的生物质炭加入溶液，并做超声处理，之后在氮气氛围下持续滴加氢氧化钠溶液并搅拌，将最终混合物的pH值控制在10～12的范围；
S4、用磁铁收集步骤S3溶液中的磁性生物质炭，用去离子水洗涤，直至溶液的pH值不变，倒去上清液并烘干，再在高温厌氧状态下进行煅烧；
S5、在水浴加热环境下配置十六烷基三甲基溴化铵溶液并加入步骤S4煅烧后的磁性生物质炭，搅拌使其充分反应后用去离子水洗涤若干次，烘干后得到生物质基功能炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的废弃生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、玉米秸秆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述的硝酸浓度为1～3mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述的硫酸亚铁和三氯化铁的摩尔质量比为0.5～1.5：1；
步骤S3中，所述的硫酸亚铁和三氯化铁的总质量与已烘干的生物质炭质量比为1～2：2；
步骤S3中，所述的氢氧化钠溶液浓度为1～3mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1或步骤S4中，高温厌氧状态下煅烧反应温度为400～800℃，反应时间为10～120min，反应环境为氮气气氛。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，十六烷基三甲基溴化铵和步骤S4煅烧后的磁性生物质炭的质量比为10～1000：1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2、步骤S4或步骤S5中，所述的烘干的条件为：在50～80℃烘干2～24h。
8.根据权利要求1～7任一项所述方法制备的生物质基功能炭。
9.根据权利要求8所述的生物质基功能炭在去除水体中微塑料的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将含有微塑料的水体调节pH值至4.0～10.0；
S2、在含有微塑料的水体中加入氯化钠50～800mM；
S3、将权利要求1～7任一项所述方法制备的生物质基功能炭加入步骤S1或步骤S2的水体中，以150～300rpm转速振荡搅拌反应1～24h；
S4、反应结束后用外加磁场对生物质基功能炭进行分离回收，去除水中的微塑料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110334750.2A CN113070036A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110334750.2A CN113070036A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113070036A true CN113070036A (zh) | 2021-07-06 |
Family
ID=76611170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110334750.2A Pending CN113070036A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113070036A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113998757A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-01 | 暨南大学 | 一种快速高效去除水体中纳米塑料的方法 |
| CN114506897A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-17 | 常熟理工学院 | 一种利用稻壳粉清理水体中含氟微塑料的方法 |
| CN114591746A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-07 | 河北工业大学 | 针对重金属污染土壤温稳性的改性材料及低碳化处置方法 |
| CN114682217A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-07-01 | 华北电力大学 | 金属单原子掺杂生物质炭吸附材料、制备方法及应用 |
| CN116099501A (zh) * | 2023-03-01 | 2023-05-12 | 郑州大学 | 一种用于水体微塑料去除的磁性刚毛藻生物炭的制备方法及应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005137973A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Futaba Shoji Kk | 磁性吸着剤およびその製造方法並びに水処理方法 |
| CN103638907A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 福州大学 | 一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂 |
| CN103949212A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-07-30 | 上海交通大学 | 一种生物质基磁性生物炭的制备方法 |
| CN111137938A (zh) * | 2018-11-02 | 2020-05-12 | 天津大学 | 一种利用磁性生物质炭去除废水中重金属镉的方法及其应用 |
-
2021
- 2021-03-29 CN CN202110334750.2A patent/CN113070036A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005137973A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Futaba Shoji Kk | 磁性吸着剤およびその製造方法並びに水処理方法 |
| CN103638907A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 福州大学 | 一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂 |
| CN103949212A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-07-30 | 上海交通大学 | 一种生物质基磁性生物炭的制备方法 |
| CN111137938A (zh) * | 2018-11-02 | 2020-05-12 | 天津大学 | 一种利用磁性生物质炭去除废水中重金属镉的方法及其应用 |
Non-Patent Citations (8)
| Title |
|---|
| ANUSHKA UPAMALI RAJAPAKSHA ET AL.: ""Engineered/designer biochar for contaminant removal/immobilization from soil and water: Potential and implication of biochar modification"", 《CHEMOSPHERE》 * |
| PENGFEI SUN ET AL.: ""Efficient removal of crystal violet using Fe3O4-coated biochar: the role of the Fe3O4 nanoparticles and modeling study their adsorption behavior"", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
| YE TANG ET AL.: ""Removal of microplastics from aqueous solutions by magnetic carbon nanotubes"", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| 南君芳: "《金精矿焙烧预处理冶炼技术》", 31 January 2010, 冶金工业出版社 * |
| 毛小云: "《废弃物农用功能化理论与技术》", 31 July 2017, 华南理工大学出版社 * |
| 田立平 等: ""微气泡表面功能改性气浮强化微塑料的去除效能与机理研究"", 《供水技术》 * |
| 蒲云峰: "《食品加工新技术与应用》", 31 March 2019, 中国原子能出版社 * |
| 黄仲涛, 华南理工大学出版社 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113998757A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-01 | 暨南大学 | 一种快速高效去除水体中纳米塑料的方法 |
| CN114506897A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-17 | 常熟理工学院 | 一种利用稻壳粉清理水体中含氟微塑料的方法 |
| CN114591746A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-07 | 河北工业大学 | 针对重金属污染土壤温稳性的改性材料及低碳化处置方法 |
| CN114682217A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-07-01 | 华北电力大学 | 金属单原子掺杂生物质炭吸附材料、制备方法及应用 |
| CN114682217B (zh) * | 2022-04-07 | 2023-10-27 | 华北电力大学 | 金属单原子掺杂生物质炭吸附材料、制备方法及应用 |
| CN116099501A (zh) * | 2023-03-01 | 2023-05-12 | 郑州大学 | 一种用于水体微塑料去除的磁性刚毛藻生物炭的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113070036A (zh) | 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 | |
| CN107983300B (zh) | 二氧化锰修饰的生物炭复合材料及其制备方法和应用 | |
| WO2021114441A1 (zh) | 一种基于铁富集植物的磁性生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN110652963A (zh) | 一种碳酸镧修饰的共热解污泥生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN106362690A (zh) | 一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法 | |
| CN107262037B (zh) | 一种海泡石羟基氧化铁活性炭复合吸附剂的制备与应用 | |
| CN108927109B (zh) | 一种磷石膏改性生物炭方法及其应用 | |
| CN110330082A (zh) | 一种铁碳颗粒的室温制备方法及其应用 | |
| CN108144581B (zh) | 碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用 | |
| Qian et al. | A delicate method for the synthesis of high-efficiency Hg (II) The adsorbents based on biochar from corn straw biogas residue | |
| CN104226259A (zh) | 一种苏氨酸改性凹凸棒土吸附剂及其应用 | |
| CN110201636B (zh) | 一种改性生物炭的制备方法 | |
| CN109569525A (zh) | 一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法 | |
| CN110801814A (zh) | 一种磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法 | |
| Mei et al. | Biochar from rice straw for Cu2+ removal from aqueous solutions: Mechanism and contribution made by acid-soluble minerals | |
| CN114505054B (zh) | 一种负载高含量零价铁磁性生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN101486769A (zh) | 一种偕胺肟基细菌纤维素的制备方法 | |
| CN109317099A (zh) | 一种负载铁猪粪生物炭的制备方法及应用 | |
| CN103111266A (zh) | 去除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法、制得吸附剂及应用 | |
| CN111617738A (zh) | 一种针铁矿-生物炭复合材料的制备方法 | |
| CN111790349A (zh) | 一种用于吸附重金属离子的吸附剂的制备方法及应用 | |
| CN115007109A (zh) | 一种硝酸铁改性生物炭及其制备方法与应用 | |
| CN108311118A (zh) | 一种改性合成沸石重金属离子吸附材料的制备方法 | |
| CN108772038B (zh) | 一种脱除水中铅离子的吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN108636372A (zh) | 一种好氧颗粒污泥-Fe3O4-腐殖酸复合生物吸附剂的制备及应用 |
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: 20210706 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |