CN114632494A - 一种甘蔗渣生物炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甘蔗渣生物炭的制备方法,制备方法包括：把甘蔗渣置于马弗炉中热解，设置升温速率和终点温度，温度升至终点温度后热解炭化，待马弗炉冷至室温后取出得到甘蔗渣生物炭，再将制得的甘蔗渣生物炭与高锰酸钾溶液浸渍，置于恒温磁力搅拌器中水浴加热，加热完静置后倒掉悬浮液体，用去离子水对改性生物炭进行反复冲洗直至上清液pH稳定，再过滤改性生物炭并烘干。改性后的甘蔗渣生物炭有明显分布均匀的圆孔，以及圆孔内部存在较深的孔隙隧道，对重金属Mn2+和Pb2+有良好的吸附效果，而且改性生物炭制备方法简单，甘蔗渣来源丰富、成本低廉、简单易得。
Description
技术领域
本发明涉及生物炭制备技术领域，特别涉及一种甘蔗渣生物炭的制备方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的飞快发展，作为三元锂电池中的主要阳极物质，锰的用量也逐年上升，对于锰元素的开采需求日益增高。在锰资源的开采、利用和回收过程中，都要对废水中的锰离子进行处理，避免对环境造成严重污染，当人体过量摄入锰元素时，会损害人体肝脏和破坏神经系统。同时，在铅产品的生产过程中会产生二氧化硫，二氧化硫会导致酸雨的产生，对农作物以及建筑物造成很大的损害，会造成经济损失，铅冶炼过程中造成的污染，也制约着铅产品的供应，长期饮用含铅超标的水，还会导致孕妇流产、胎儿畸形等，因此解决水体中的锰污染和铅污染具有重要意义。
目前，我国的甘蔗产量仅次于巴西和印度，位居世界第三位。以2016年为例，根据国家统计局数据显示，我国甘蔗种植面积达1527千公顷，甘蔗行业产量11382.5万吨，甘蔗出渣率约为24％-27％，即年产甘蔗渣约3000万吨，甘蔗渣处理主要是作为制糖厂的焚烧燃料，还有少部分用于造纸、饲料和制造高密度纤维板材，这种处理方式不仅利用率低，还存在副产物造成环境污染的问题。另外，甘蔗渣的纤维素质量分数约为43.8％，半纤维素质量分数约为28.6％，木质素质量分数约为23.5％，含碳量达44.17％，是制备活性炭的优良材料。若以甘蔗渣为原材料制备一种生物炭，用来去除污水中的重金属，则可达到以废治废的目的。近年来，国内外对甘蔗渣及甘蔗渣生物炭作为吸附剂处理重金属的研究已经取得了一些进展，但是仍存在一些问题。未制成生物炭的甘蔗渣本身比表面积较低，对重金属的吸附能力十分有限，而且研究人员探究了不同的甘蔗渣生物炭制备方法，虽然相较于甘蔗渣来讲，其吸附能力有了一定提升，但是对重金属的吸附效果仍不理想，因此，如果能制备一种对重金属具有显著吸附效果的甘蔗渣生物炭，则有助于生物炭制备技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甘蔗渣生物炭的制备方法，以解决现有甘蔗渣生物炭吸附能力不足的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，制备包括以下步骤：
(1)用水对甘蔗渣反复冲洗并煮沸，洗净后过滤并烘干，然后将烘干后的甘蔗渣粉碎过筛，并保存在密封袋中备用；
(2)把预处理的甘蔗渣进行热解，设置升温速率和终点温度，温度升至终点温度后热解炭化，待冷至室温后取出得到甘蔗渣生物炭；
(3)将制得的甘蔗渣生物炭与高锰酸钾溶液浸渍，水浴加热并静置10分钟后倒掉悬浮液体，用去离子水对改性生物炭进行反复冲洗直至上清液pH稳定，再过滤改性生物炭并烘干即得。
优选地，所述步骤(2)中的所述热解温度为400℃-500℃。
优选地，所述步骤(2)中的所述热解升温速率为5℃/min，所述热解炭化时间为2h。
优选地，所述步骤(3)中的所述高锰酸钾浓度为0.2mol/L-0.4mol/L。
进一步地，所述步骤(3)中的所述改性温度为45℃-65℃。
进一步地，所述步骤(3)中的所述改性时间为1h-3h。
进一步地，所述步骤(3)中所述甘蔗渣生物炭与所述高锰酸钾溶液的浸渍比为100g/L。
再进一步地，所述步骤(3)中恒温磁力搅拌器的搅拌速率为100r/min。
本发明的有益效果如下：
本发明首先对甘蔗渣进行热解后制备得到甘蔗渣生物炭，再通过高锰酸钾的氧化还原反应将MnOx负载在甘蔗渣生物炭上，得到改性甘蔗渣生物炭，这种改性后的生物炭对重金属Mn2+和Pb2+有良好的吸附效果，而且改性生物炭的制备方法简单，处理效果较好，可再生，甘蔗渣来源丰富、成本低廉、简单易得；还有助于对重金属Mn2+和Pb2+的吸附研究的发展。
附图说明
图1是改性甘蔗渣生物炭在不同热解温度条件下对金属锰的吸附量曲线图；
图2是改性甘蔗渣生物炭在不同高锰酸钾浓度条件下对金属锰的吸附量曲线图；
图3是改性甘蔗渣生物炭在不同改性温度条件下对金属锰的吸附量曲线图；
图4是改性甘蔗渣生物炭在不同改性时间条件下对金属锰的吸附量曲线图；
图5是甘蔗渣、甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的灰分测定柱状图；
图6是甘蔗渣、甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的灰分测定剩余固体外观；
图7是甘蔗渣生物炭微区电镜扫描图；
图8是改性甘蔗渣生物炭微区电镜扫描图；
图9是甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的扫描电镜图；
图10是甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的傅里叶红外光谱分析图；
图11是甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的X射线衍射分析图；
图12是改性甘蔗渣生物炭对金属锰的吸附量曲线图；
图13是改性甘蔗渣生物炭对金属铅的吸附量曲线图。
具体实施方式
下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规说法。
实验用的甘蔗渣购于广西远特农业科技有限公司，为广西本地制糖厂榨取蔗糖后的固体废弃物。
实施例1：热解温度对改性甘蔗渣生物炭制备的影响
1.改性甘蔗渣生物炭的制备，包括以下步骤：
(1)预处理甘蔗渣：用去离子水对甘蔗渣反复冲洗并煮沸，去除可溶性糖分和杂质，洗净后过滤并置于鼓风干燥箱中105℃下烘干，然后将烘干后的甘蔗渣置于多功能粉碎机中粉碎约5min，最后将粉碎物过100目筛网后保存在密封袋中备用，标记为BS。
(2)制备甘蔗渣生物炭：预处理的甘蔗渣放置于坩埚中并墩实，盖好坩埚盖后置于马弗炉中热解，起始温度30℃，升温速率为5℃/min，终点温度分别设置为300℃、400℃、500℃或600℃，温度升至终点温度后热解炭化2h，随炉冷至室温后取出，用去离子水煮沸并维持30min，反复冲洗并过滤，去除生物炭中可溶性灰分，之后置于干燥箱中，在55℃下烘干12h。取出后置于干燥器中保存备用，标记为BC300、BC400、BC500或BC600。
(3)改性甘蔗渣生物炭：分别取甘蔗渣生物炭BC300、BC400、BC500或BC600各1g与0.2mol/L高锰酸钾溶液按照100g/L的比例进行浸渍，放置于恒温磁力搅拌器中水浴加热，设置搅拌速率100r/min，温度为65℃，改性时间为2h。从水浴锅中取出后静置10分钟后倒掉悬浮液体，用去离子水对改性生物炭进行反复冲洗直至上清液pH稳定，过滤改性生物炭并置于干燥箱中，于105℃下烘干4小时，制得改性生物炭，分别标记为MBC300、MBC400、MBC500和MBC600。
2.分别测试MBC300、MBC400、MBC500和MBC600对金属锰的吸附效果
测试方法包括以下步骤：
(1)取MBC300改性生物炭0.05g置于50mL离心管中。
(2)取50mL质量浓度为50mg/L、pH值为6.0的硫酸锰溶液倒入离心管，将离心管关盖密封后置于恒温振荡器中吸附，设置恒温振荡器温度为25℃，速率为150r/min，吸附24h后取溶液上清液，用0.45μm滤膜过滤。
(3)采用电感耦合等离子体发生光谱仪(inductively coupled plasma-opticalemission spectroscopy，ICP-OES)测量步骤(2)滤液中的剩余Mn2+浓度，并计算改性生物炭对Mn2+吸附量。
MBC400、MBC500和MBC600测试方法同MBC300。
由图1可知，随着热解温度的升高，改性生物炭的金属吸附量呈升高的趋势，在热解温度为400℃时，吸附量达到最高，而热解温度为400℃-600℃时，吸附量呈下降趋势。这是因为在热解温度较低时，生物炭中的有机碳分解不彻底，生物炭内新产生的微孔、介孔等孔隙有限，制约了其吸附效果。当温度升高到400-500℃左右时，一方面生物炭中有机碳不断分解产生新的微孔和介孔，孔隙达到较高水平，对吸附质的吸附效果也相应的上升；另一方面，随着温度升高，生物炭灰分不断升高，其pH值也随着增大，生物炭表面负电荷增多，对重金属吸附质的静电引力也逐渐增强，有利于提高对重金属离子的吸附效果。但当温度继续升高时，一方面微孔和介孔被扩大成大孔，微孔和介孔比例下降，而生物炭的吸附作用主要依靠其微孔和介孔；另一方面生物炭内的孔壁结构不断边薄，孔壁出现塌陷，堵塞了部分微孔、介孔，综合起来导致生物炭的吸附效果下降。因此，生物质的热解温度适宜范围为400℃-500℃。
实施例2：高锰酸钾浓度对改性甘蔗渣生物炭制备的影响
制备改性甘蔗渣生物炭：
取1g实施例1制得的甘蔗渣生物炭BC400，与10mL浓度分别为0.05mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L、0.2mol/L、0.25mol/L、0.3mol/L、0.35mol/L、0.4mol/L的高锰酸钾溶液混合浸渍，放置于恒温磁力搅拌器中，设置搅拌速率100r/min，温度为65℃，改性时间为2h。洗净烘干后制得8种不同的改性生物炭。
各种改性生物炭对金属锰的吸附测试方法同实验例1。
由图2可知，当高锰酸钾浓度低于0.2mol/L时，随着其浓度的升高，MBC对重金属Mn2+的吸附量逐渐增大，这是因为随着高锰酸钾浓度的升高其氧化性不断增强，改性生物炭表面的含氧官能团数量和负载的二氧化锰数量都不断增多，对二价锰的络合作用逐渐增强，吸附效果不断提高。当浓度增大到0.2mol/L以上时，随着浓度增大吸附效果有轻微增加，但提升效果并不明显，推测在此过程中既存在含氧官能团和负载二氧化锰增加等对吸附有益的正效应，也存在过量二氧化锰堵孔和氧化导致孔结构塌陷导致的负效应，正负效应在此过程中处于接近平衡的状态。推测当高锰酸钾浓度更高时，可能会出现改性生物炭吸附效果下降情况，但鉴于常温下高锰酸钾的溶解度约为0.4mol/L，因此对大于0.4mol/L的高锰酸钾改性效果不做讨论。因此，高锰酸钾的适宜浓度为0.2-0.4mol/L。
实施例3：改性温度对改性甘蔗渣生物炭制备的影响
制备改性甘蔗渣生物炭：
取1g实施例1制得的甘蔗渣生物炭BC400与浓度为0.2mol/L的高锰酸钾按照100g/L的比例混合浸渍，放置于恒温磁力搅拌器中改性2h，搅拌速率设置为100r/min，改性温度分别设置为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃和95℃，洗净烘干后制得8种不同的改性生物炭。
各种改性生物炭对金属锰的吸附测试方法同实验例1。
由图3可知，改性温度在25℃-55℃，改性甘蔗渣生物炭对的重金属吸附量不断升高，可能是高锰酸钾的氧化性随着温度升高不断增强，氧化反应速率不断增大，进而将生物炭氧化获得更多的含氧官能团，提高了改性甘蔗渣生物炭的吸附效果；当温度在55℃-85℃时，改性生物炭的吸附量逐渐下降，可能是此时高锰酸钾的强氧化性使得原本产生的微孔、介孔发生塌陷堵孔，降低了有效的吸附位点；但是当温度高于85℃时，改性生物炭的吸附效果再次提高，推测高锰酸钾在造成生物炭孔隙塌陷的同时，又氧化产生了一些新孔和新的活性官能团，提供了新的活性吸附位点。综上，推测在高锰酸钾改性生物炭的过程中，新孔产生和孔壁塌陷时同时存在的，不同温度下两者分别占据主导地位。结合经济效益考量，在45℃-65℃范围内为适宜的改性温度。
实施例4：改性时间对改性甘蔗渣生物炭制备的影响
制备改性甘蔗渣生物炭：
取1g实施例1制得的甘蔗渣生物炭BC400与浓度为0.2mol/L的高锰酸钾按照100g/L的比例混合浸渍，放置于恒温磁力搅拌器中，搅拌速率设置为100r/min，分别设置改性时间1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h和8h，洗净烘干后制得8种不同的改性生物炭。
各种改性生物炭对金属锰的吸附测试方法同实验例1。
由图4可知，当改性时间为1h-2h时，改性生物炭的吸附效果有轻微的提高，说明在这段时间内，改性反应主要以高锰酸钾氧化生物炭增加新的微孔、介孔为主；改性时间为2h-5h时，改性生物炭的吸附效果呈下降趋势，这是由于高锰酸钾对生物质炭进一步氧化，对已经出现的微孔、介孔起到扩孔作用，转化为对吸附作用不大的大孔，强氧化作用使孔壁断裂坍塌，发生堵孔，降低吸附效果；当改性时间5h-8h时，溶液中的高锰酸钾消耗完毕，无进一步反应，吸附效果变化不大。综合以上分析，改性生物炭的最适宜时间范围为1-3h。
实施例5：测定甘蔗渣生物炭吸附重金属Mn2+的最优改性条件(正交实验)
结合吸附效果、经济效益和时间成本，分别选取3个水平条件，制定四因素三水平L9(34)正交实验。正交实验因素水平表见下表1：
表1正交实验因素水平表
根据3个水平条件和四因素分别设置9组改性条件，如表2所示，制备不同条件下的改性生物炭，洗净烘干后分别测试9组改性条件对重金属Mn2+的吸附效果，其中A为热解温度，B为高锰酸钾浓度，C为改性温度，D为改性时间。甘蔗渣生物炭制备方法和测试方法同实验例1。
表2正交实验结果
由表2可知，热解温度、高锰酸钾浓度、改性温度和改性时间的极差大小顺序为高锰酸钾浓度＞热解温度＞改性温度＞改性时间，且由极差大小对比可知，高锰酸钾浓度和生物炭热解温度对改性生物炭吸附效果的影响程度更大，而改性温度和改性时间影响相对较小。最佳因素条件组合为热解温度400℃、高锰酸钾浓度0.3mol/L、改性温度55℃和改性时间3h，在这种条件下制得的改性生物炭对Mn2+的吸附量达到25.2mg/g，优于上述9组改性条件下的吸附效果。
综上所述，甘蔗渣生物炭最佳制备条件为：升温速度5℃/min、热解温度400℃、热解时间2h；甘蔗渣生物炭最佳改性条件为：生物炭与浓度0.3mol/L的高锰酸钾浸渍比为100g/L、改性温度55℃、改性时间3h。
实验例1：分别测试甘蔗渣、甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的灰分
甘蔗渣购于广西远特农业科技有限公司，甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭由实施例5中最佳条件制得。
将甘蔗渣、甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭置于马弗炉中，采用灼烧法烧至质量恒定，以残留物的质量占甘蔗渣、甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭质量的百分数作为灰分产率。
由图5可知，灰分含量大小顺序为改性甘蔗渣生物炭＞甘蔗渣生物炭＞甘蔗渣。在高温热解的条件下，生物炭中的含碳、氢、氮等的有机物被高温分解，转化为可挥发性物质被去除掉，因此如图6(a)和(b)所示，甘蔗渣生物炭相比同质量甘蔗渣，其灰分占比更高；如图6(a)和(b)所示，改性甘蔗渣生物炭的灰分含量高于甘蔗渣生物炭，这是因为改性甘蔗渣中负载了黑色的MnOx晶体，且高锰酸钾在改性过程中对生物炭的含碳结构进一步改造，破坏了不稳定的有机碳结构，从而形成稳定的芳香族碳结构，提高了灰分物质在生物炭中的占比。
实验例2：分析甘蔗渣生物炭和改性甘蔗渣生物炭的特征
1.用能量散射X光谱仪(EDX)检测甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭
将甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭放在能量散射X光谱仪的测试孔上，测试甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭的元素种类和元素含量，分析结果如表3或表4所示。
表3生物炭表面成分能谱分析结果
| 元素 | 原子百分比/％ | 质量百分比/％ |
| C | 78.65 | 72.73 |
| O | 20.33 | 25.07 |
| Si | 1.02 | 2.20 |
| 总量 | 100 | 100 |
表4改性生物炭表面成分能谱分析结果
由表3和表4可知，改性后生物炭表面的C元素含量明显降低，O元素含量明显升高，新增了Mn元素和K元素，且Mn元素的含量高于K元素含量，由图7和图8可知，改性后生物炭孔隙结构更加发达、表面含氧活性官能团增多、负载了具有吸附能力的MnOx、络合了部分可离子交换的K离子，这些变化均对重金属离子的吸附具有促进作用。
2.扫描电镜分析
将甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭粘结在扫描电镜样品台上，用扫描电镜观察并分析。
图9(a)是甘蔗渣生物炭的扫描电镜图，改性前生物炭表面存在层状结构，表面孔隙主要由特别微小的孔洞和狭缝孔组成，几乎不存在较大的孔隙；图9(b)是改性甘蔗渣生物炭的扫描电镜图，改性后生物炭表面还覆盖有成片分布的颗粒物质，应该是负载的MnOx，这与能量散射X光谱仪所检测到的结果相吻合。
3.BET孔隙结构和比表面积分析
用BET比表面积测试仪测试甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭的比表面积和孔径。
表5改性前后生物炭比表面积和孔径分布
由表5可知，改性后的生物炭BET表面积大幅下降，但总孔体积大幅升高，平均孔径也有十分明显的升高。从孔径分布来看，改性前生物炭内的孔隙以微孔为主，改性后微孔大幅减少，介孔大幅提高，孔隙以介孔为主。以上结论也与扫描电镜中所看到的表面形貌相吻合。这是因为高锰酸钾具有强氧化性，在对生物炭改性过程中有明显的侵蚀和开孔作用，将原有微孔的孔壁变薄和坍塌，不同微孔之间相互连通形成了大量的介孔。另一方面，改性过程中可能出现了大孔坍塌堵孔，以及改性所生成的大量的MnOx，可能对微孔造成了堵塞，进而造成了比表面积减小的情况。而且改性后比表面积大幅减少，但是吸附效果大幅提高，推测主要是生物炭介孔和表面负载的大量MnOx在发挥作用。
4.FTIR红外光谱分析
将甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭置于FTIR红外光谱仪样品架上，用计算机处理实验数据并分析。
由图10可知，甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭在3200cm-1～3000cm-1附近有较宽的吸收峰，该吸收峰对应着羟基(-OH)的伸缩振动，改性前后伸缩缝有所偏移，说明在改性过程中Mn2+与-OH中的氢离子发生离子交换，形成了O-Mn键；在1800cm-1～1500cm-1之间，甘蔗渣生物炭(BC)有两处尖锐的振动吸收峰，说明生物炭中含有很多芳环结构和羰基(C＝O)，改性后只有一处明显的吸收峰，且该位置峰面积更大，说明改性后C＝O含量更高，表明在高锰酸钾的改性下，使得生物炭内生成了更多稳定的芳环结构或者羰基，且部分C＝O官能团可能发生了双键断裂，产生O-Mn键；在1375cm-1附近，改性后出现了尖锐的伸缩振动峰，对应了-COO-基团的对称伸缩振动，说明改性后生成了较多的酸性含氧官能团；改性甘蔗渣生物炭(MBC)在518cm-1左右出现新的振动峰，该振动峰归属于O-Mn-O键，说明在MBC上已经成功负载了MnOx。
5.X射线衍射分析
开启XRD电源，启动计算机，将甘蔗渣生物炭或改性甘蔗渣生物炭放置在X-射线衍射仪的测试架上测试，再用计算机处理数据并分析。
由图11可知，甘蔗渣生物炭(BC)和改性甘蔗渣生物炭(MBC)都含有碳单质和杂质二氧化硅，但是改性后碳单质的衍射峰高度相对改性前明显降低，说明改性后的炭含量减少。而且，改性甘蔗渣生物炭(MBC)当2θ＝27°和50°时，出现了Mn2O3的衍射峰，说明了通过高锰酸钾改性成功在生物炭中负载了MnOx，且锰的氧化物主要存在形式为Mn2O3。
实验例3：测试改性甘蔗渣生物炭对重金属Mn2+和Pb2+的吸附效果
1.重金属溶液配制方法
用电子分析天平称取一定量的一水合硫酸锰固体或氯化铅固体(精确至0.0001g)，与去离子水溶解于烧杯中，再加入1mL体积比1：1的HNO3来防止Mn2+或Pb2+水解产生干扰，一水合硫酸锰固体或氯化铅固体完全溶解后将烧杯中溶液转移至1000mL容量瓶中，用去离子水稀释至容量瓶刻度线附近，定容、摇匀后得到Mn2+或Pb2+溶液。再分别配制浓度为20mg/L、50mg/L、100mg/L的Mn2+溶液，或浓度为50mg/L、200mg/L和400mg/L的Pb2+溶液，用1mol/L的HCl和NaOH分别将Mn2+溶液pH值调节至6，或Pb2+溶液的pH值调节至5。
2.测试方法
(1)取0.15g实施例5中最佳条件制得的改性生物炭装进250mL锥形瓶中，再取150mL浓度分别为20mg/L、50mg/L、100mg/L的Mn2+溶液倒入。
(2)将锥形瓶置于恒温振荡器中，在25℃下以150r/min的速率振荡，分别设置振荡时间(吸附时间)为0min、5min、10min、15min、30min、60min、120min、240min、480min、1440min，用注射器取上层清液并通过0.45μm滤膜过滤；
(3)将滤液稀释至一定倍数，使用电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中Mn2+浓度。计算改性生物炭对Mn2+的吸附量。计算公示如下所示：
C0(mg/L)为吸附质的初始浓度；Ce(mg/L)为滤液中剩余吸附质的浓度；V(L)为溶液体积；m(g)为吸附剂投加量。
改性甘蔗渣生物炭对重金属Pb2+的吸附实验同重金属Mn2+，测试方法同实验例1。
由图12可知，当吸附时间达到480min时，改性甘蔗渣生物炭对重金属Mn2+的吸附作用达到平衡，在Mn2+的初始浓度为20mg/L、50mg/L、100mg/L时，达到平衡的吸附量分别为24.0mg/g、32.3mg/g和35.7mg/g。由图13可知，当吸附时间达到480min时，改性甘蔗渣生物炭对重金属Pb2+的吸附作用达到平衡，在Pb2+的初始浓度分别为50mg/L、200mg/L、400mg/L时，达到平衡的吸附量分别为58.2mg/g、230.8mg/g和247.6mg/g。所以，改性甘蔗渣生物炭对重金属Mn2+和Pb2+均具有较好的吸附效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)用水对甘蔗渣反复冲洗并煮沸，洗净后过滤并烘干，然后将烘干后的甘蔗渣粉碎过筛，并保存在密封袋中备用；
(2)把预处理的甘蔗渣进行热解，设置升温速率和终点温度，温度升至终点温度后热解炭化，待冷至室温后取出得到甘蔗渣生物炭；
(3)将制得的甘蔗渣生物炭与高锰酸钾溶液浸渍，水浴加热并静置10分钟后倒掉悬浮液体，用去离子水对改性生物炭进行反复冲洗直至上清液pH稳定，再过滤改性生物炭并烘干即得。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的热解温度为400℃-500℃。
3.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的热解升温速率为5℃/min，热解炭化时间为2h。
4.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的高锰酸钾浓度为0.2mol/L-0.4mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的改性温度为45℃-65℃。
6.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的改性时间为1h-3h。
7.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中甘蔗渣生物炭与高锰酸钾溶液的浸渍比为100g/L。
8.根据权利要求1所述的一种甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中恒温磁力搅拌器的搅拌速率为100r/min。
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