CN114890509A - 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术 - Google Patents

一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术 Download PDF

Info

Publication number
CN114890509A
CN114890509A CN202111437358.7A CN202111437358A CN114890509A CN 114890509 A CN114890509 A CN 114890509A CN 202111437358 A CN202111437358 A CN 202111437358A CN 114890509 A CN114890509 A CN 114890509A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
biochar
ethyl cellulose
electrode
cadmium
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
Application number
CN202111437358.7A
Other languages
English (en)
Inventor
谭中欣
董亦凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202111437358.7A priority Critical patent/CN114890509A/zh
Publication of CN114890509A publication Critical patent/CN114890509A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4676—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electroreduction
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • 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
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明具体用于去除环境中重金属的秸秆生物炭‑乙基纤维素成膜电极制备技术。属于新型电极材料制备技术领域。该方法包括以下步骤：1)将溶剂无水乙醇和成膜剂乙基纤维素加入烧杯内，在磁力搅拌器上加热，搅拌均匀；2)将步骤1)得到的所述混合溶液升温至50‑65℃，加入生物炭，使三者比例为80：7：3)将步骤2)的混合物继续搅拌10min后倒入刮膜器中进行刮膜，将其烘干30min后，即得秸秆生物炭‑乙基纤维素膜电极；4)将步骤3)制得的秸秆生物炭电极用于模拟含镉废水的去除，待反应结束后取出电极。本发明采用的制备方法简单，节省成本，对设备和条件要求低，对镉的去除效率较高，可实现镉的有效回收利用，为解决传统的电沉积法去除镉过程中存在的电极材料成本高昂、制作过程繁琐、难以实现镉的有效利用等问题提供了新的思路和方法。是一种非常有前景的重金属去除技术。

Description

一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜 电极制备技术
技术领域
本发明属于新型电极材料制备技术领域，具体涉及一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术。
背景技术
近些年来，由于工业生产造成的水体重金属污染问题日趋严重。在众多重金属污染物中，含镉废水因其具有稳定性高、难降解、毒性大、具有生物蓄积性等特点，对动植物和人体的危害极大。目前已成为对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。现有处理含镉废水的方法主要有化学处理法、离子交换法和树脂法等。但上述方法均存在处理成本高、处理后引入二次污染物，吸附剂和Cd2+无法分离导致Cd2+无法得到有效利用、吸附剂不可再生等缺点。而电沉积法的优点有环保、易操作性和安全，而且电沉积法处理重金属废水去除效率高，不会产生二次污染，是一种非常理想的重金属废水处理方法。电沉积法主要是以具有较高能量的电子作为还原剂，一般都不添加或者添加较少添加化学试剂。但现有的电沉积法电极制作方法的过程繁琐、材料不可独立成型、成本高、重复利用率低，大大限制了该方法在重金属废水处理方面的应用。所以寻找可再生原料和简单的制备的方法是目前的研究热点。
中国是世界上最大的水稻生产国，2016年占全球水稻产量的28.5% (FAO 2016)。在水稻生产和消费的过程中，作为水稻副产品的水稻秸秆利用率却很低，在中国，水稻秸秆主要被视为农业废弃物，每年约有6亿吨的废弃物以就地焚烧处理为主，这在一定程度上导致当前环境污染问题突出，并且对人类健康构成严重威胁。因此，开发更高效的水稻秸秆处置方法具有重大意义。本发明采用农业废弃物秸秆为原料，制作了可独立成型的秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极，结合电沉积方法处理含镉废水，实验结果显示其在较低的功耗下对含镉模拟废水的处理效率达到了88.2%，大大降低了电沉积法处理重金属废水的成本，显著降低危险废弃物产生量，具有很好的经济和环境效益。为电沉积法在重金属废水处理的应用方面提供了新的方法和手段，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于去除环境中重金属镉的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极材料；另一目的在于提供简单、低成本的制备方法。
本发明技术方案如下：
1、生物炭的制备：收集水稻秸秆风干后，取适量干燥后的秸秆放入热解炉中,设置960℃并加热，控制加热速率20 ℃/min，并维持该温度30 min，冷却后所得到得生物炭备用。
2、秸秆生物炭电极的制备：在50ml烧杯中加入10ml无水乙醇和0.3g乙基纤维素，设置温度为50-65℃，900r/min条件下磁力搅拌5min，待乙基纤维素完全溶解后，加入0.7g生物炭，使三者的比例为80:7:3，搅拌速率不变的情况下继续搅拌10min，待其混合均匀后，将所得膜液置于刮膜器进行刮膜，将所得膜置于干燥箱中烘干，时间为30min，所得材料为生物炭-乙基纤维素膜电极。
3、将制备好的电极用于镉模拟废水去除，设置条件为电压36V、电流强度随时间变化，分别在反应的第15min、30min、60min、120min、240min、360min、480min、600min取样品8ml，测试其对溶液中镉的去除效率。
本发明的有益效果为：本文以废弃水稻秸秆通过高温炭化得到的生物炭为主要原材料制作了一种秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极。将制备好的电极用于去除含镉废水，结果显示镉的去除效率在600min内达到了88.2%，有较好的除镉效果。该方法制作的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极成本低廉、制作工艺简单、对镉的去除效率较高、可实现镉的有效回收利用和电极重复利用，为解决传统的电沉积法去除镉过程中存在的电极材料成本高昂、制作过程繁琐、难以实现镉的有效利用等问题提供了新的思路和方法。是一种非常有前景的重金属去除技术。
附图说明
图1是实施例1对模拟含镉废水的处理效果图。
图2是实施例1对模拟含镉废水处理后膜电极沉积镉与废水中去除镉的质量守恒图。
具体实施方式
实施例1
秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极的制备：在50ml烧杯中加入10ml无水乙醇和0.3g乙基纤维素，设置温度为50-65℃，900r/min条件下磁力搅拌5min，待乙基纤维素完全溶解后，加入0.7g生物炭，使两者的比例为7:3，搅拌速率不变的情况下继续搅拌10min，待其混合均匀后，将所得膜液置于刮刀厚度为1000μm的刮膜器内进行刮膜，制得的秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极如图1所示。
取1L浓度为50 mg/L的镉模拟废水于烧杯中，在未放入秸秆生物炭电极前取样8ml，并设置两个平行。后将秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极和石墨电极放置在烧杯中，并分别与直流稳压电源的负极和正极相连，接通稳压电源，在电压为36V时，分别在反应的第15min、30min、60min、120min、240min、360min、480min、600min取样品8ml，同样设置两个平行。将上述样品过滤、稀释、定容后用原子吸收光谱仪测定溶液中Cd2+浓度，结果如附图2所示。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.在此一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术，其特征在于：秸秆生物炭的制备：收集水稻或小麦等农作物秸秆风干后，取适量放入热解炉中，先通入一段时间氮气排尽并隔绝炉内空气，后加热到目标温度900℃以上，待冷却至室温取出，制得导电生物炭。
2.秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极的制备：在容器中加入适量乙醇，待加热到一定温度后加入成膜剂乙基纤维素，加入搅拌子充分搅拌，待乙基纤维素充分溶解后，加入一定质量的导电生物炭，使其混合均匀。将上述操作所得膜液倒入刮膜器内进行刮膜，所制得的膜放入烘箱后进行干燥，完全干燥取出，即得所制膜电极。
3.按照权利要求1所述一种用于去除环境中重金属镉的秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极制备技术，其特征在于：生物炭的制备过程中热解炉温度为设置900℃以上。
4.根据权利要求1所述一种用于去除环境中重金属镉的秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极制备技术，其特征在于：加入的溶剂为乙醇，成膜剂为乙基纤维素粉末。
5.根据权利要求1所述一种用于去除环境中重金属镉的秸秆生物炭-乙基纤维素膜电极制备技术，其特征在于：先在容器中加入无水乙醇，在成膜过程中，温度升至50-65℃左右时加入成膜剂乙基纤维素和导电生物炭，使三者比例为80:7:3，该比例为制作膜电极的最佳制备条件。
CN202111437358.7A 2022-06-27 2022-06-27 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术 Pending CN114890509A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111437358.7A CN114890509A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111437358.7A CN114890509A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114890509A true CN114890509A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82714269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111437358.7A Pending CN114890509A (zh) 2022-06-27 2022-06-27 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114890509A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116282387A (zh) * 2023-01-04 2023-06-23 哈尔滨工业大学 一种脱除镉的熔融热解制备秸秆炭-羟丙基膜电极的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116282387A (zh) * 2023-01-04 2023-06-23 哈尔滨工业大学 一种脱除镉的熔融热解制备秸秆炭-羟丙基膜电极的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107096500B (zh) 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
CN104549155A (zh) 生物炭复合材料及其应用
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
CN110586030B (zh) 一种热量循环利用的吸附固定土壤镉铜的改性生物炭的制备方法
CN102120575A (zh) 一种化工污泥制备活性炭的工艺
CN105753608A (zh) 一种新型铁基生物炭的制备方法及其应用
CN111389367A (zh) 金属污泥基生物炭、制备方法及在去除水体中氮磷的应用
CN110639471B (zh) 一种球磨氧化-巯基化改性生物炭及其制备方法和应用
CN107572524B (zh) 一种利用污泥制备活性炭的方法
CN113019323B (zh) 超声活化生物炭及其制备方法与应用
CN114890509A (zh) 一种用于去除环境中重金属的秸秆生物炭-乙基纤维素成膜电极制备技术
Li et al. Preparation of solid organic fertilizer by co-hydrothermal carbonization of peanut residue and corn cob: A study on nutrient conversion
CN101700524B (zh) 固定剂及重金属污染土壤修复植物的安全处置的方法
CN106025296A (zh) 氮磷双掺杂的碳材料及其制备方法和应用
CN102134072A (zh) 一种利用农药化工行业污水处理剩余污泥制备活性炭的工艺
CN106744949A (zh) 一种以芝麻秸秆为原料制备活性炭的方法
CN113600127A (zh) 单质硫改性生物炭、其制备方法及其应用
CN106166558B (zh) 一种利用市政脱水污泥制备微波吸收剂的方法
CN115624955B (zh) 一种生物炭土壤重金属修复剂及其制备方法
CN115925210A (zh) 一种制备污泥基生物炭降低重金属毒性的方法
Cai et al. Effect of external field on the migration and transformation of copper in sludge fermentation
CN101708462A (zh) 一种利用黄豆秸秆制备高性能生物质环境吸附材料的方法
CN113035592A (zh) 一种利用玉米秸秆制备电容去离子电极的方法
CN109382073B (zh) 一种碱熔粉煤灰改性猪粪生物炭的制备方法及其应用
CN112591861A (zh) 一种去除污水中双酚a的磁分离材料制备及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication