CN113617333A - 利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 - Google Patents
利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113617333A CN113617333A CN202111087631.8A CN202111087631A CN113617333A CN 113617333 A CN113617333 A CN 113617333A CN 202111087631 A CN202111087631 A CN 202111087631A CN 113617333 A CN113617333 A CN 113617333A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- adsorbent
- sorghum
- ciprofloxacin
- prepared
- 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
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000010902 straw Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 title claims abstract description 62
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 title claims abstract description 62
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 21
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 claims abstract description 45
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 12
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 claims description 11
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical group Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 2-dodecylbenzenesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O WBIQQQGBSDOWNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 238000013124 brewing process Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229940060296 dodecylbenzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 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
- B01J20/02—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
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0225—Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
- B01J20/0229—Compounds of Fe
-
- 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
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- 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
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- 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
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
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)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
本发明提供了一种利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用，本发明以高粱秸秆为原料，通过高粱秸秆热解、磁性负载、机械研磨等步骤，最终得到高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂。将制备的吸附剂应用在含环丙沙星污水的处理，在一定时间内完成吸附实验，并在外加磁场的作用下完成环丙沙星的吸附去除和吸附剂的循环利用。本发明具有原料来源丰富、吸附剂效果好、循环利用效率高、吸附材料与污染水体易分离等优点，同步实现农业废物的资源化利用和污水快速处理，该发明在有机固废资源化利用和污水处理中具有一定的潜力。
Description
技术领域
本发明属于农业废弃物资源化利用及污水处理领域，尤其是涉及一种利用高粱秸秆制备磁性生物炭吸附剂的制备方法及其应用。
背景技术
随着现代化工的快速发展和社会经济水平的不断提高，各大行业产生了大量含污染物的废水，尤其是药物和医疗行业排放的抗生素类药品，排放到水体中的量逐年增加。其中，环丙沙星是典型的抗生素类药品，具有抗菌谱广、活性强、副作用小等特点，被广泛应用于治疗感染类疾病，环境中的环丙沙星主要来源于医院、制药厂、养殖场等的污水排放。据报道，在国内外的大部分水体中都有检测到环丙沙星，全球每年进入水体中的环丙沙星量达到几百万吨，进入水体后的环丙沙星，一方面影响环境中微生物的抗药性，并可能随着生物链富集最后危害人类和动植物的健康；另一方面饮用水源中高浓度的环丙沙星处理难度大，将会对饮用水的安全性造成极大的危害。因此，为保障生态环境安全和人类、动植物健康，开展废水中环丙沙星去除或降解处理具有重要意义。
目前用于水体环丙沙星去除或降解处理的方法有物理法、化学法、生物法等。考虑到制备成本、能耗、操作性及回收等因素，吸附法是当前应用最为广泛的污水中环丙沙星的处理方法。可用于水体抗生素类污染物处理的吸附剂包括活性炭、生物炭、金属氧化物、高分子材料等。在中国发明文献中，公开号为CN106955726A的发明专利公开了一种选择性降解环丙沙星的分子印迹催化膜及制备方法，步骤如下：步骤1、制备类石墨碳化氮g-C3N4；步骤2、制备贵金属负载半导体复合材料；步骤3、制备选择性降解环丙沙星的分子印迹催化膜；该方案制备的材料可以实现对混合污水体系中目标污染物的优先选择性吸附并降解的目的。又如，公开号为CN106745450A的发明专利申请文件公开了一种污水中环丙沙星的吸附处理方法，包括以下步骤：将苯胺单体与十二烷基苯磺酸溶解于稀盐酸中，搅拌均匀后，在0±0.5℃温度下，使用蠕动泵以10～16mL/min的速度将氧化剂滴加到混合液中，滴加完成后，将其置于0±0.5℃温度下，反应12～16h，反应完成后，恢复至室温，抽滤，洗涤至中性，在真空条件下干燥后，研磨，过筛，制得吸附剂；将吸附剂加入到污水中，搅拌吸附16～24h，过滤将吸附剂去除。该方法采用聚苯胺为基体的吸附剂，对污水中的环丙沙星进行吸附。
另一方面，农业生产中会产生大量的农业秸秆废弃物，这些废弃物不合理的处理和利用不仅会造成严重的环境污染，还是巨大的生物资源浪费。农业秸秆废弃物具有产量大、来源广、低廉等特点，含有大量纤维素成分，是制备生物炭的理想原料，目前利用农业秸秆制备的各类生物炭已被广泛用于污染水体、土壤等修复处理。同时，在酿酒过程中高粱是主要的原料，种植生产高粱的副产物高粱秸秆是主要的农业废弃物。传统的高粱秸秆生物炭制备工艺存在能耗高、制备步骤复杂等不足，制备的生物炭吸附剂存在回收效率低、重复利用效果差等问题。利用高粱秸秆制备生物炭吸附材料并用于污水水体中环丙沙星处理是一个全新的技术方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种源于农业废弃物高粱秸秆的磁性生物炭吸附剂。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用，由以下具体技术手段所达成：
首先，本发明提出了一种利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂，该磁性吸附剂以高粱秸秆、醋酸钠和氯化铁为原材料，通过氮气条件热解，并通过赋磁和机械研磨结合生产细颗粒磁性吸附剂。
其中，该磁性生物炭吸附剂由高粱秸秆样品、醋酸钠、含铁物质作为原料制得。前述的高粱秸秆样品、醋酸钠和含铁物质的质量比例1:2:1。前述的含铁物质为氯化铁。
进一步的，本发明还提出了以上磁性生物炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.将高粱秸秆洗干净、烘干至恒重后粉碎过筛，获得高粱秸秆样品；
S2.将高粱秸秆样品、醋酸钠、含铁物质置于烧杯中，快速搅拌，获得混匀样品；
S3.将混匀样品放置在充满氮气保护的管式炉中，在一定的升温条件、炭化温度及热解时间下进行炭化；
S4.将炭化产物从管式炉中取出，冷却后粉碎，获得磁性多孔结构的磁性生物炭吸附剂。
进一步的，步骤S1中，前述的烘干温度为105±2℃，粉碎过筛的尺寸为20～100目。
进一步的，步骤S3中，前述的一定的升温条件为以20℃/min的升温速率加热至设定炭化温度，设定的炭化温度为400～700℃，热解时间为1.0～3.0h，热解结束冷却后用去离子水洗至中性，再将炭材料在105±2℃烘干至恒重。
作为进一步的优选方案，本发明还提出了以上步骤制备的磁性生物炭吸附剂在去除或降解处理含环丙沙星污水中的应用。该应用是将前述的磁性生物炭吸附剂投加到含环丙沙星污水中，通过搅拌形成均匀混合系统，完成吸附后，通过磁性作用回收磁性生物炭吸附剂。
进一步的，在该应用中，污水中环丙沙星浓度区间在1.0～200mg/L；所述磁性生物炭吸附剂投加量为0.1～0.3mg，溶液体积为100mL；所述磁性作用为外加电场或磁铁对污水中的磁性生物炭进行分离及回收。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以废弃高粱秸秆为原料制备一种高效且可快速分离回收的磁性生物炭吸附剂，其中原料来源广泛、成本低廉，还能有效地实现高粱秸秆的高值资源化利用；制备的磁性吸附剂吸附性能强；制备过程环保绿色，无使用有毒有害药剂，使用过程中无二次污染风险；利用一步热解法制备磁性生物炭吸附剂，所用反应条件较传统的热解方法更加快捷、温和、成本低，且无需后续活化过程。
附图说明
图1是高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂的制备流程图及应用；
图2是实施例中不同热解温度下的吸附剂在含环丙沙星污水处理中的应用；
图3是实施例中不同热解时间下的吸附剂在含环丙沙星污水处理中的应用；
图4是实施例中不同吸附剂投加量对含环丙沙星污水处理的影响效果；
图5是实施例中吸附剂对不同浓度含环丙沙星污水的处理效果。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出进一步的详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从化工药品公司途径获取的试剂和材料；所涉及的数量或比例，如无特殊说明，均指质量或质量比例。
实施例1：
如图1所示，为本发明中高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂的制备方法及其应用，其具体制备步骤：
1.将高粱秸秆洗干净，在105±2℃温度下烘干至恒重，粉碎过20～100目筛，获得高粱秸秆原始样品。
2.将上述步骤获得的高粱秸秆原始样品取20g，放置于150mL坩埚中，并将坩埚放入管式炉，按照1:2:1的比例将高粱秸秆原始样品、醋酸钠、氯化铁均匀混合，在氮气充分保护下，20℃/min的升温速率加热至设定热解温度t，炭化温度为400～700℃，热解时间为1.0h，冷却后用粉碎机粉碎5分钟，得到细颗粒的磁性生物质吸附剂。
本实施例中，设置四个热解温度，以探讨不同热解温度对吸附效果的影响：
方案一：步骤2中的设定热解温度t为400℃；
方案二：步骤2中的设定热解温度t为500℃；
方案三：步骤2中的设定热解温度t为600℃；
方案四：步骤2中的设定热解温度t为700℃；
将本实施例方法制备的四种不同热解温度下的高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂应用在含环丙沙星污水处理中，步骤如下：
准备12只100mL离心管，分别称取0.1g四种不同温度条件下制备的吸附剂，吸附剂投加量为10g/L，加入100mL浓度为50mg/L的环丙沙星污水，每个处理组三次重复。将离心管置于恒温振荡器，在270rpm条件下震荡24h，离心后提取上清液并过0.22μm滤膜，采用紫外分光光度计在275nm条件检测环丙沙星浓度。
四种温度条件下吸附剂的实验结果如图2所示，四种吸附剂(t400℃、t500℃、t600℃、t700℃)的吸附量分别为17.3、20.6、27.4和28.1mg/g，去除率分别为34.6％、41.2％、54.8％和56.1％，从热解温度耗能和环丙沙星去除率考虑，600℃的热解温度是比较理想的热解温度选择。
实施例2：
如图1所示，为本发明中高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂的制备方法及其应用，其具体制备步骤：
1.将高粱秸秆洗干净，在105±2℃温度下烘干至恒重，粉碎过20～100目筛，获得高粱秸秆原始样品。
2.将上述步骤获得的高粱秸秆原始样品取20g，放置于150mL坩埚中，并将坩埚放入管式炉，按照1:2:1的比例将高粱秸秆原始样品、醋酸钠、氯化铁均匀混合，在氮气充分保护下，20℃/min的升温速率加热至设定温度600℃，热解炭化时间t(1.0～3.0h)，冷却后用粉碎机粉碎5分钟，得到细颗粒的磁性生物质吸附剂。
本实施例中，设置三个热解时间，以探讨不同热解时间对吸附效果的影响：
方案一：步骤2中的热解时间t为1.0h；
方案二：步骤2中的热解时间t为2.0h；
方案三：步骤2中的热解时间t为3.0h。
将本实施例方法制备的三种不同热解时间的高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂应用在含环丙沙星污水处理中，步骤如下：
准备9只100mL离心管，分别称取0.1g三种不同热解时间下制备的吸附剂，吸附剂投加量为10g/L，加入100mL浓度为50mg/L的环丙沙星污水，每个处理组三次重复。将离心管置于恒温振荡器，在270rpm条件下震荡24h，离心后提取上清液并过0.22μm滤膜，采用紫外分光光度计在275nm条件检测环丙沙星浓度。
三种热解时间条件下吸附剂的吸附实验结果如图3所示，三种吸附剂(t1.0h、t2.0h、t3.0h)的吸附量分别为27.1、34.8和35.5mg/g，去除率分别为54.6％、69.6％和71.0％，从结果可看出，相同温度下适当延长热解时间有利于提高吸附剂的吸附效果，从热解时间延长耗能和环丙沙星去除率考虑，2.0h的热解时间可得到很好的吸附效果。
实施例3：
如图1所示，为本发明中高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂的制备方法及其应用，其具体制备步骤：
1.将高粱秸秆洗干净，在105±2℃温度下烘干至恒重，粉碎过20～100目筛，获得高粱秸秆原始样品。
2.将上述步骤获得的高粱秸秆原始样品取20g，放置于150mL坩埚中，并将坩埚放入管式炉，按照1:2:1的比例将高粱秸秆原始样品、醋酸钠、氯化铁均匀混合，在氮气充分保护下，20℃/min的升温速率加热至设定温度600℃，热解炭化时间为2.0h，冷却后用粉碎机粉碎5分钟，得到细颗粒的磁性生物质吸附剂。
3.准备9只100mL离心管，称取一定量的吸附剂放入离心管，再加入100mL浓度为50mg/L的环丙沙星污水，每个处理组三次重复。将离心管置于恒温振荡器，在270rpm条件下震荡24h，离心后提取上清液并过0.22μm滤膜，采用紫外分光光度计在275nm条件检测环丙沙星浓度。
本实施例中，设置三个吸附剂投加量，以探讨不同投加量对吸附效果的影响：
方案一：步骤3中的吸附剂投加量为0.1g；
方案二：步骤3中的吸附剂投加量为0.2g；
方案三：步骤3中的吸附剂投加量为0.3g。
三种吸附剂投加量条件下吸附剂的吸附实验结果如图4所示，三种吸附剂(f0.1 g、f0.2g、f0.3g)的吸附量分别为35.9、21.2和15.5mg/g，去除率分别为71.8％、84.8％和93.0％，从结果可看出，虽然投加量越大单位质量吸附剂的吸附量降低，但吸附剂投加量越大越有利于提高污染物的吸附去除效果，0.3g的吸附剂投加量可现实污水中93.0％环丙沙星的去除。
实施例4：
如图1所示，为本发明中高粱秸秆基磁性生物炭吸附剂的制备方法及其应用，其具体制备步骤：
1.将高粱秸秆洗干净，在105±2℃温度下烘干至恒重，粉碎过20～100目筛，获得高粱秸秆原始样品。
2.将上述步骤获得的高粱秸秆原始样品取20g，放置于150mL坩埚中，并将坩埚放入管式炉，按照1:2:1的比例将高粱秸秆原始样品、醋酸钠、氯化铁均匀混合，在氮气充分保护下，20℃/min的升温速率加热至设定温度600℃，热解炭化时间为2.0h，冷却后用粉碎机粉碎5分钟，得到细颗粒的磁性生物质吸附剂。
3.准备12只100mL离心管，称取0.3mg吸附剂放入离心管，再加入100mL设定浓度的环丙沙星污水，每个处理组三次重复。将离心管置于恒温振荡器，在270rpm条件下震荡24h，离心后提取上清液并过0.22μm滤膜，采用紫外分光光度计在275nm条件检测环丙沙星浓度。
本实施例中，设置四个浓度的环丙沙星污水，以探讨吸附剂对不同浓度污水的吸附效果：
方案一：步骤3中的设定浓度为1.0mg/L；
方案二：步骤3中的设定浓度为50.0mg/L；
方案三：步骤3中的设定浓度为100.0mg/L；
方案四：步骤3中的设定浓度为200.0mg/L。
四种浓度的环丙沙星污水的吸附实验结果如图5所示，四种浓度条件(c1.0mg/L、c50.0mg/L、c100.0mg/L、c200.0mg/L)下的吸附量分别为0.3、15.3、30.1和57.0mg/g，去除率分别为98.3％、91.8％、90.3％和85.5％，从结果可看出，吸附剂适用于不同浓度的环丙沙星污水处理，尤其在低浓度污水中环丙沙星的吸附效果较好，所以建议将高浓度污水稀释后进行处理。
综上所述，本发明的优选实施例得到了不同条件下吸附剂应用效果的描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施步骤，上述的具体实施步骤仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂，其特征在于：该磁性生物炭吸附剂是以高粱秸秆为原料，通过包括高粱秸秆热解、磁性负载、机械研磨在内的步骤制备得到。
2.根据权利要求1所述的利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂，其特征在于：该磁性生物炭吸附剂由高粱秸秆样品、醋酸钠、含铁物质作为原料制得。
3.根据权利要求2所述的利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂，其特征在于：所述高粱秸秆样品、醋酸钠和含铁物质的质量比例1:2:1。
4.根据权利要求2所述的利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂，其特征在于：所述含铁物质为氯化铁。
5.一种如权利要求1或2所述的磁性生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将高粱秸秆洗干净、烘干至恒重后粉碎过筛，获得高粱秸秆样品；
S2.将高粱秸秆样品、醋酸钠、含铁物质置于烧杯中，快速搅拌，获得混匀样品；
S3.将混匀样品放置在充满氮气保护的管式炉中，在一定的升温条件、炭化温度及热解时间下进行炭化；
S4.将炭化产物从管式炉中取出，冷却后粉碎，获得磁性多孔结构的磁性生物炭吸附剂。
6.根据权利要求5所述的磁性生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述烘干温度为105±2℃，粉碎过筛的尺寸为20～100目。
7.根据权利要求5所述的磁性生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述的一定的升温条件为以20℃/min的升温速率加热至设定炭化温度，设定的炭化温度为400～700℃，热解时间为1.0h～3.0h，热解结束冷却后用去离子水洗至中性，再将炭材料在105±2℃烘干至恒重。
8.权利要求5制备的磁性生物炭吸附剂在去除或降解处理含环丙沙星污水中的应用。
9.根据权利要求8所述的磁性生物炭吸附剂在去除或降解处理含环丙沙星污水中的应用，其特征在于：将所述磁性生物炭吸附剂投加到含环丙沙星污水中，通过搅拌形成均匀混合系统，完成吸附后，通过磁性作用回收磁性生物炭吸附剂。
10.根据权利要求9所述的磁性生物炭吸附剂在去除或降解处理含环丙沙星污水中的应用，其特征在于：所述污水中环丙沙星浓度区间在1.0～200mg/L；所述磁性生物炭吸附剂投加量为0.1～0.3mg，溶液体积为100mL；所述磁性作用为外加电场或磁铁对污水中的磁性生物炭进行分离及回收。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111087631.8A CN113617333A (zh) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111087631.8A CN113617333A (zh) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113617333A true CN113617333A (zh) | 2021-11-09 |
Family
ID=78390225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111087631.8A Pending CN113617333A (zh) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113617333A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114436408A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-06 | 河北科技师范学院 | 一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用 |
| CN115445566A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-12-09 | 内蒙古师范大学 | Fe-MOFs基磁性生物炭复合吸附材料及制备方法与应用 |
| CN116474720A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-07-25 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种基于赤泥增强磁性秸秆生物炭材料的制备方法与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106362690A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-01 | 华中科技大学 | 一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法 |
| CN107096500A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-29 | 中国药科大学 | 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用 |
| CN108722371A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-02 | 佛山皖阳生物科技有限公司 | 一种磁性生物炭的制备方法 |
| CN111408349A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-14 | 南阳师范学院 | 一种秸秆基磁性多孔生物炭的制备方法 |
| CN112844385A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 中国环境科学研究院 | 一种可磁力回收生物炭吸附催化材料、制备方法及应用 |
| WO2021114441A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 南京师范大学 | 一种基于铁富集植物的磁性生物炭及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-09-16 CN CN202111087631.8A patent/CN113617333A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106362690A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-01 | 华中科技大学 | 一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法 |
| CN107096500A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-29 | 中国药科大学 | 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用 |
| CN108722371A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-02 | 佛山皖阳生物科技有限公司 | 一种磁性生物炭的制备方法 |
| WO2021114441A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 南京师范大学 | 一种基于铁富集植物的磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN111408349A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-14 | 南阳师范学院 | 一种秸秆基磁性多孔生物炭的制备方法 |
| CN112844385A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 中国环境科学研究院 | 一种可磁力回收生物炭吸附催化材料、制备方法及应用 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114436408A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-06 | 河北科技师范学院 | 一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用 |
| CN115445566A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-12-09 | 内蒙古师范大学 | Fe-MOFs基磁性生物炭复合吸附材料及制备方法与应用 |
| CN115445566B (zh) * | 2022-08-17 | 2023-11-21 | 内蒙古师范大学 | Fe-MOFs基磁性生物炭复合吸附材料及制备方法与应用 |
| CN116474720A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-07-25 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种基于赤泥增强磁性秸秆生物炭材料的制备方法与应用 |
| CN116474720B (zh) * | 2023-02-06 | 2023-11-10 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种基于赤泥增强磁性秸秆生物炭材料的制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113617333A (zh) | 利用高粱秸秆制备的磁性生物炭吸附剂及制备方法与应用 | |
| CN112657465B (zh) | 磁性生物炭的制备方法和处理尾矿废水的方法 | |
| 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 | |
| CN106179216A (zh) | 一种磁性活化水热生物炭的制备方法与应用 | |
| CN111268880A (zh) | 一种金属离子改性污泥基生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN106423051A (zh) | 一种磁性活化水热生物炭微球的制备方法与应用 | |
| WO2024083260A1 (zh) | 一种基于赤泥增强磁性秸秆生物炭材料的制备方法与应用 | |
| CN100455347C (zh) | 高浓度难降解有机废水的多级吸附剂制备和使用方法 | |
| CN103480330B (zh) | 一种吸附焦化废水的生物质改性吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN104226259A (zh) | 一种苏氨酸改性凹凸棒土吸附剂及其应用 | |
| CN113634228B (zh) | 一种用于去除水中铅和镉的污泥生物炭负载镁铁氧化物复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN104096540A (zh) | 一种去除城市污泥中重金属和有机污染物的吸附催化材料的制备方法 | |
| CN109126714B (zh) | 一种TiO2/SiO2-香蕉皮生物炭复合吸附材料及其制备方法 | |
| CN113457624A (zh) | 一种改性菌渣生物炭及其制备方法 | |
| CN108905965A (zh) | 污泥生物沥浸-热解联合处理制备重金属吸附剂的方法 | |
| CN113584013A (zh) | 磁性生物炭固定化酶复合材料及其制备方法 | |
| CN110773124A (zh) | 一种咖啡渣水热炭吸附剂的制备方法及应用 | |
| CN109110863A (zh) | 利用化学活化/微波消解活化生物炭材料去除水体中强力霉素的方法 | |
| CN111617738A (zh) | 一种针铁矿-生物炭复合材料的制备方法 | |
| CN111170297B (zh) | 一种油茶壳碳粉材料及其在净化抗生素废水中的应用 | |
| CN112108118B (zh) | 一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用 | |
| CN106390924A (zh) | 一种蛭石/活性炭基水处理剂的制备方法 | |
| CN107812510A (zh) | 一种复合型水处理剂及其制备方法 | |
| CN100455348C (zh) | 处理有机废气的多级天然吸附剂的制备和使用方法 | |
| CN114618434A (zh) | 一种去除水体中Cd2+的生物炭负载零价铁材料的制备方法及其应用 |
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: 20211109 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |