CN113368820A - 一种MgCl2改性蓝藻生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MgCl2改性蓝藻生物炭及其制备方法和应用，将打捞的蓝藻筛选，干燥，再用粉碎机将其粉碎，得到蓝藻生物质粉末；将其置于管式炉内进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过筛即可得到对照蓝藻生物炭吸附剂；将蓝藻生物质粉末浸泡在MgCl2溶液中搅拌；然后通过离心实现固液分离，将收集到的固体置于烘箱中干燥，得到干燥的固体；再置于管式炉进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过筛得到最终的MgCl2改性蓝藻生物炭材料。本发明一方面使得废弃蓝藻生物质得到安全处置，避免了二次污染，另一方面，MgCl2改性蓝藻生物炭对重金属铅离子具有高吸附性能，为含铅废水处理提供理论与关键技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体的涉及一种MgCl2改性蓝藻生物炭及其制备方法和应用。
技术背景：
随着矿山开采、铅蓄电池、燃煤、油漆涂料、金属冶炼、汽车尾气等工业快速发展，这些工业生产过程中会产生大量重金属离子废水，比如铅、铜、镉等，对水体生态环境和人类健康构成严重威胁，国家环保对重金属废水处理要求也越来越严格，因此，研究如何安全处理重金属废水十分迫切。吸附技术被认为是一种简单、有效的处理重金属废水的方法，该方法的关键是开发合适的吸附剂，生物吸附剂具有材料来源丰富、可再生、价格低廉、环境友好等优点，已经受到广泛关注，在废水处理方面具有重要应用前景。
发明内容：
本发明提供了一种MgCl2改性蓝藻生物炭及其制备方法和应用，利用MgCl2改性的蓝藻生物炭吸附剂可以明显提高蓝藻生物炭吸附剂对重金属铅离子的去除效率，该发明为解决含铅废水处理提供了理论与关键技术支撑。本发明采用以下技术方案：
一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将打捞的蓝藻过20目筛子，然后在105℃烘箱中干燥，得到块状蓝藻生物质，再用粉碎机将块状蓝藻生物质粉碎，得到蓝藻生物质粉末；
(2)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉内进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到对照蓝藻生物炭吸附剂；
(3)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末浸泡在MgCl2溶液中，并搅拌24h；然后通过离心实现固液分离，将收集到的固体置于烘箱中干燥，得到干燥的固体；
(4)将步骤(3)得到的干燥的固体均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到最终的MgCl2改性蓝藻生物炭材料。
进一步的，步骤(2)和步骤(4)所述的管式炉热解的热解条件如下：600℃热解2h；升温速率为10℃/min；管式炉内气氛为惰性气体N2。
进一步的，步骤(3)所述MgCl2溶液浓度为1mol/L。
进一步的，步骤(3)所述蓝藻生物炭吸附剂和MgCl2溶液的投料比为1mg：5mL。
进一步的，步骤(3)所述离心转速为6000rpm，时间为5min。
根据上述方法制备的一种MgCl2改性蓝藻生物炭。
所述MgCl2改性蓝藻生物炭在含铅离子废水处理中的应用，包括以下步骤：
将MgCl2改性蓝藻生物炭投入浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心3min获得上清液，离心转速为6000rpm，用电感耦合等离子体发射光谱仪检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率。
本发明有益效果：本发明利用MgCl2和废弃蓝藻生物质为原料，利用管式炉炭化制得具有特定功能的MgCl2改性蓝藻生物炭材料。一方面使得废弃蓝藻生物质得到安全处置，避免了二次污染，另一方面，MgCl2改性蓝藻生物炭对重金属铅离子具有高吸附性能，效果明显优于未改性的蓝藻生物炭吸附剂，本发明为含铅废水处理提供理论与关键技术支撑。
附图说明：
图1是本发明中的MgCl2改性蓝藻生物炭与未改性蓝藻生物炭(对照)吸附剂投加量对吸附铅离子的影响关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术路线及优点更加清晰明白，以下结合附图及实施例进一步说明本发明专利具体内容。
实施例1
(1)将打捞的蓝藻过20目筛子，然后在105℃烘箱中干燥，得到块状蓝藻生物质，再用粉碎机将块状蓝藻生物质粉碎，得到蓝藻生物质粉末；
(2)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末5g均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉内N2保护下600℃热解2h，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到对照蓝藻生物炭吸附剂；
(3)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末5g浸泡在25mLMgCl2溶液中，并搅拌24h，其中，MgCl2溶液浓度为1mol/L；然后通过离心机转速6000rpm离心5min实现固液分离，将收集到的固体置于烘箱中干燥，得到干燥的固体；
(4)将步骤(3)得到的干燥的固体均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到最终的MgCl2改性蓝藻生物炭材料。
实施例2
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取1mg MgCl2改性蓝藻生物炭与1mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率为19.2％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有13.8％。
实施例3
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取2mg MgCl2改性蓝藻生物炭与2mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率为22.9％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有15.6％。
实施例4
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取4mg MgCl2改性蓝藻生物炭与4mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率为33.5％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有22.9％。
实施例5
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取8mg MgCl2改性蓝藻生物炭与8mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率为53.8％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有24.8％。
实施例6
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取16mg MgCl2改性蓝藻生物炭与16mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率为98.5％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有31.8％。
实施例7
将制得的MgCl2改性蓝藻生物炭材料与未改性蓝藻生物炭(对照)用于含铅离子废水处理，具体步骤如下：
称取20mg MgCl2改性蓝藻生物炭与20mg蓝藻生物炭分别投入50mL浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心(6000rpm，3min)获得上清液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率约为100％，而蓝藻生物炭对铅离子去除率只有33.6％。
Claims (7)
1.一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将打捞的蓝藻过20目筛子，然后在105℃烘箱中干燥，得到块状蓝藻生物质，再用粉碎机将块状蓝藻生物质粉碎，得到蓝藻生物质粉末；
(2)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉内进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到对照蓝藻生物炭吸附剂；
(3)取步骤(1)所得蓝藻生物质粉末浸泡在MgCl2溶液中，并搅拌24h；然后通过离心实现固液分离，将收集到的固体置于烘箱中干燥，得到干燥的固体；
(4)将步骤(3)得到的干燥的固体均匀平铺在刚玉方舟内，置于管式炉进行热解处理，将热解产物用玛瑙研钵研磨成粉末，过100目筛子，得到最终的MgCl2改性蓝藻生物炭材料。
2.根据权利要求1所述的一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)所述的管式炉热解的热解条件如下：600℃热解2h；升温速率为10℃/min；管式炉内气氛为惰性气体N2。
3.根据权利要求1所述的一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述MgCl2溶液浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述蓝藻生物炭吸附剂和MgCl2溶液的投料比为1mg：5mL。
5.根据权利要求1所述的一种MgCl2改性蓝藻生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述离心转速为6000rpm，时间为5min。
6.根据权利要求1～5任一所述方法制备的一种MgCl2改性蓝藻生物炭。
7.根据权利要求6所述的MgCl2改性蓝藻生物炭在含铅离子废水处理中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将MgCl2改性蓝藻生物炭投入浓度为50mg/L铅离子溶液，控制恒温摇床温度25℃，转速160rpm，反应12h达到吸附平衡后，取样离心3min获得上清液，离心转速为6000rpm，用电感耦合等离子体发射光谱仪检测反应后溶液中铅离子浓度，计算得到MgCl2改性蓝藻生物炭处理铅离子废水铅离子的去除率。
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