[發明專利]一種采用KOH改性小麥秸稈水熱生物炭的制備方法

在審

• 申請號: 201410341733.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104069813A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 唐景春;孫克靜;張海榮;劉慶龍;黃華
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物炭吸附材料制備以及環境污染治理領域，特別涉及一種采用KOH改性小麥秸稈水熱生物炭的制備方法。

背景技術

農作物秸稈、稻殼和木屑等農林生物質廢棄物量大源廣，占生物質能資源總量的60％，傳統的焚燒處理方式不僅浪費了資源，還會污染環境，因此，急需開發清潔高效的農林廢棄物資源化利用技術。近幾年，國內外開展了對生物質的水熱炭化研究，使得廢棄生物質回收利用和能源再生利用得以實現。目前為止，水熱生物炭的應用十分廣泛：作為土壤調理劑提高土壤肥力和作物產量；作為鈾、銅以及鎘污染水中廉價的吸附劑及作為納米結構碳材料等。然而，水熱生物炭本身表面吸附位點有限，所以其吸附性能和穩定性受到很大限制。因此，通過改性制備高吸附性能并且性質穩定的水熱生物炭具有重要意義。

采用KOH改性水熱生物炭的制備方法，條件溫和，可操作性強。該方法是利用化學法進行改性，使其表面官能團含量發生變化，具有相當的穩定性，提高生物質資源利用效率，解決了秸稈難于降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種吸附性能良好的KOH改性小麥秸稈水熱生物炭的制備方法。

本發明的技術方案：

一種采用KOH改性小麥秸稈水熱生物炭的制備方法，具體步驟如下：

1)將小麥秸稈(WS)粉碎成秸稈碎末，粒度為過50目篩；

2)在反應釜中依次加入小麥秸稈碎末和一定體積的蒸餾水，密封；

3)將反應釜置于烘箱中，在200℃恒溫下反應20h后冷卻至室溫；

4)取出固相產物，用蒸餾水洗滌至中性，105℃烘干后密封保存，即得到小麥秸稈水熱生物炭(H-WS)；

5)將小麥秸稈水熱生物炭和KOH溶液混合，攪拌一段時間后進行過濾、水洗、烘干，即得到堿化水熱生物炭(mH-WS)。

所述蒸餾水與小麥秸稈粉末的用量比為12mL∶1g。

所述KOH溶液的當量濃度為2N，KOH溶液與小麥秸稈水熱生物炭的用量比為250mL∶1g。

本發明所制備的改性水熱生物炭對于重金屬污染水體的修復有特別優良的效果，以重金屬Cd(II)為例，將改性水熱生物炭投加到含鎘溶液中，吸附很快達到平衡，且對Cd(II)的去除效率遠遠高于未改性的水熱生物炭。

本發明的優點和有益效果是：

1.與現有生物炭或類生物炭吸附劑效果相比，本發明提供的改性水熱生物炭對重金屬的吸附性能大大提高；

2.本發明采用KOH改性水熱生物炭，是利用化學法進行改性，使其表面官能團的含量發生變化，具有相當的穩定性；

3.本發明提供的制備方法簡易，條件溫和，易于工業化生產，且不會造成附加的環境危害，提高生物質資源利用效率，解決了秸稈難于降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。

附圖說明

圖1為水熱生物炭改性前后的掃描電子顯微鏡照片。

圖2為水熱生物炭改性前后傅里葉紅外光譜圖。

圖3為水熱生物炭改性前后對重金屬Cd(II)的吸附動力學對比圖。

圖4為水熱生物炭改性前后對重金屬Cd(II)的吸附等溫線圖。

圖5為pH對水熱生物炭改性前后吸附重金屬Cd(II)的影響。

具體實施方式

下面通過具體實施例進一步描述本發明所述的改性水熱生物炭的制備以及效果。同時說明，這些實施例所敘述的技術內容是說明性的，而不是限定性的，不應依此來局限本發明的保護范圍。

實施例1：

通過KOH改性小麥秸稈水熱生物炭的制備方法，步驟如下：

1)將小麥秸稈(WS)粉碎成秸稈碎末，粒度為過50目篩；

2)在100mL反應釜中依次加入5.0g小麥秸稈碎末和60mL蒸餾水，密封；

3)將反應釜置于烘箱中，在200℃恒溫下反應20h后冷卻至室溫；

4)取出固相產物，用蒸餾水洗滌至中性，105℃烘干后密封保存，即得到小麥秸稈水熱生物炭(H-WS)；

5)取2.0g小麥秸稈水熱生物炭與2N的KOH溶液混合，充分攪拌1h后進行過濾、水洗、烘干，即得到改性小麥秸稈水熱生物炭(mH-WS)。

如圖1所示，改性前小麥秸稈水熱生物炭表面雜質含量明顯，而KOH溶液對生物炭具有一定的清洗作用，改性后的水熱生物炭表面及孔隙中堵塞的灰分被洗出，雜質含量減少，暴露出孔隙結構。