CN113634229A - 一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有选择性吸附‑脱附能力的生物炭的制备方法，以废弃生物质为原料，通过调控不同生物质的比例和制备条件，得到对印染废水中染料具有选择性吸附和脱附能力的生物炭材料。本发明所制备的生物炭材料实现了混合印染废水中染料的分离和回收，大大提高了印染废水处理的经济附加值，同时还拓展了废弃生物质资源化利用的方法，通过被吸附染料的脱附实现了生物炭的再生，有利于减少固废污染的问题。

Description

一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法及应用
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法及应用。
背景技术
印染废水中含有的污染物种类十分复杂，包括染料、表面活性剂、碱和盐类等，导致印染废水的处理成本高、难度大，处理不当极易造成严重的环境污染问题。印染废水的处理方法可以分为包括物理法、物理化学法和生物法，其中吸附法是一种常见的处理方法，可有效去除废水中的溶解态污染物，实现废水的深度净化。
生物炭具有比表面积大、孔隙率高、表面官能团丰富和制作成本低等特点，是一种良好的吸附材料，目前，以废弃生物质为原料制备生物炭，用于吸附处理印染废水的研究很多，并取得了较好的效果。然而，大部分研究的焦点主要集中如何提高生物炭对污染物的吸附能力，对生物炭选择性吸附和脱附研究的较少，难以实现被吸附染料的分离、回收和资源化利用，导致印染废水处理过程的附加值较低。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，解决了现有生物炭的缺陷，以废弃生物质为原料，通过调控不同生物质的比例和制备条件，得到对印染废水中染料具有选择性吸附和脱附能力的生物炭材料。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将生物质A和生物质B混合后采用粉碎机粉碎、过筛网，然后将混合物加入至强碱溶液中处理；
步骤2，将处理后的混合物烘干，在惰性气体保护下高温碳化；
步骤3，将碳化后的混合物加入至溶液D中清洗若干次，经蒸馏水清洗后烘干，得到具有选择性吸附-脱附能力的生物炭材料。
所述步骤1中的生物质A为木屑、农作物杆、废纸、竹料、海洋藻类中的一种或多种。
所述步骤1中的生物质B为造纸污泥、市政污泥、皮革污泥、制药污泥和化工污泥中的一种或多种。
所述步骤1中的生物质A和生物质B的质量混合比例为6-9:4-1。
所述步骤1中的生物质粉碎后的粒径筛网为120-300目。
所述步骤1中的强碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钡溶液中的一种或多种，且强碱溶液的质量分数为10-40％。
所述步骤2和步骤3中的烘干温度为50-110℃，烘干时间为6-24h。
所述步骤2中的高温碳化过程的温度为300-900℃，时间为1-12h，惰性保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。
所述步骤3中的溶液D为盐酸、硫酸、乙醇、丙酮和乙酸中的一种或几种，且所述溶液D的质量分数为5-20％。
上述生物炭材料应用于环境修复领域。
进一步，所述应用是利用生物炭料对印染废水中有机污染物进行选择性吸附-脱附和回收利用。所述有机污染物主要为染料污染物，比如活性红X-3B、阳离子蓝X-GRL、酸性蓝2GL和直接黄RS等。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有生物炭的缺陷，以废弃生物质为原料，通过调控不同生物质的比例和制备条件，得到对印染废水中染料具有选择性吸附和脱附能力的生物炭材料。
2.本发明所制备的生物炭材料实现了混合印染废水中染料的分离和回收，大大提高了印染废水处理的经济附加值。
3.本发明拓展了废弃生物质资源化利用的方法，通过被吸附染料的脱附实现了生物炭的再生，有利于减少固废污染的问题。
附图说明
图1是实施例1的产品在吸附-脱附性能实验中效果：混合染液(a)及分离出的活性红X-3B(b)、脱附后的阳离子蓝X-GRL(c)。
图2是实施例2的产品在吸附-脱附性能实验中效果：混合染液(a)及分离出的直接黄RS(b)、脱附后的阳离子蓝X-GRL(c)。
具体实施方式
结合图1和图2，详细说明本发明的具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，选用竹子和制革污泥为原料，具体制备方法包括如下：
首先将制革污泥和竹子按照3.6:6.4的比例混合后，用粉碎机粉碎、过筛网，将混合物加入到质量分数为30％的KOH溶液中处理30min，经60℃烘干24h后，在N2保护条件下520℃碳化0.6h；将碳化后得到的材料加入到10％的盐酸中清洗3次，经蒸馏水清洗3次后烘干，得到具有选择性吸附-脱附能力的生物炭材料。
选择吸附-脱附性能：在室温下，将0.05g生物炭材料加入到10mL阳离子蓝X-GRL(浓度50mg/L)和活性红X-3B(浓度50mg/L)的混合溶液中吸附120min，将吸附后的生物炭加入到60％的醋酸溶液中脱附120min，得到脱附染料如图1所示。将生物炭加入到活性红X-3B和阳离子蓝X-GRL的混合溶液(图1-a)中，吸附120min后溶液中得到活性红X-3B(图1-b)，说明生物炭对阳离子蓝X-GRL具有吸附能力，而对活性红X-3B并不具备吸附能力，生物炭具有选择吸附能力；将吸附后的生物炭加入到60％的醋酸溶液中脱附，可以得到阳离子蓝X-GRL的脱附溶液(图1-c)，以上结果表明：生物炭可以实现混合染料溶液中染料的分离、回收和再利用。
实施例2
一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，选用竹子和制革污泥为原料，具体制备方法包括如下：
首先将制革污泥和竹子按照1.8:8.2的比例混合后，用粉碎机粉碎、过筛网，将混合物加入到质量分数为20％的NaOH溶液中处理60min，经105℃烘干12h后，在N2保护条件下350℃碳化3h；将碳化后得到的材料加入到5％的乙酸中清洗3次，经蒸馏水清洗3次后烘干，得到具有选择性吸附-脱附能力的生物炭材料。
选择吸附-脱附性能：在室温下，将0.1g生物炭材料加入到10mL阳离子蓝X-GRL(浓度50mg/L)和直接黄RS(浓度50mg/L)的混合溶液中吸附180min，将吸附后的生物炭加入到30％的醋酸溶液中脱附180min，得到脱附染料如图2所示；将生物炭加入到直接黄RS和阳离子蓝X-GRL的混合溶液(图2-a)中，吸附180min后溶液中得到直接黄RS(图2-b)，说明生物炭对阳离子蓝X-GRL具有吸附能力，而对直接黄RS并不具备吸附能力，生物炭具有选择吸附能力；将吸附后的生物炭加入到30％的醋酸溶液中脱附，可以得到阳离子蓝X-GRL的脱附溶液(图2-c)，以上结果表明：生物炭可以实现混合染料溶液中染料的分离、回收和再利用。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了现有生物炭的缺陷，以废弃生物质为原料，通过调控不同生物质的比例和制备条件，得到对印染废水中染料具有选择性吸附和脱附能力的生物炭材料。
2.本发明所制备的生物炭材料实现了混合印染废水中染料的分离和回收，大大提高了印染废水处理的经济附加值。
3.本发明拓展了废弃生物质资源化利用的方法，通过被吸附染料的脱附实现了生物炭的再生，有利于减少固废污染的问题。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将生物质A和生物质B混合后采用粉碎机粉碎、过筛网，然后将混合物加入至强碱溶液中处理；
步骤2，将处理后的混合物烘干，在惰性气体保护下高温碳化；
步骤3，将碳化后的混合物加入至溶液D中清洗若干次，经蒸馏水清洗后烘干，得到具有选择性吸附-脱附能力的生物炭材料。
2.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的生物质A为木屑、农作物杆、废纸、竹料、海洋藻类中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的生物质B为造纸污泥、市政污泥、皮革污泥、制药污泥和化工污泥中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的生物质A和生物质B的质量混合比例为6-9:4-1；所述步骤1中的生物质粉碎后的粒径筛网为120-300目。
5.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的强碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钡溶液中的一种或多种，且强碱溶液的质量分数为10-40％。
6.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3中的烘干温度为50-110℃，烘干时间为6-24h。
7.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的高温碳化过程的温度为300-900℃，时间为1-12h，惰性保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的溶液D为盐酸、硫酸、乙醇、丙酮和乙酸中的一种或几种，且所述溶液D的质量分数为5-20％。
9.如权利要求1-8任一一项所述的生物炭材料应用于环境修复领域。
10.根据权利要求9所述的具有选择性吸附-脱附能力的生物炭的制备方法，其特征在于：所述应用是利用生物炭料对印染废水中有机污染物进行选择性吸附-脱附和回收利用。
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