[發明專利]香蒲根富集鐵元素的生物炭的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910044643.9
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109847750B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 方艷芬;黃應平;周奧;曹新強;劉慧剛
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種香蒲根富集鐵元素的生物炭的制備方法，篩選生長健壯的成熟寬葉香蒲，洗凈放入培養箱加入中，在蒸餾水及霍格蘭氏的營養液中自凈兩周，添加FeSO₄·7H₂O溶液，每周更換培養溶液，培養1?2個月，以添加去離子水做對比；將寬葉香蒲添加鐵元素的植株及去離子水的空白對照組的根部切碎、烘干至無水分，于坩堝中，在封閉條件下，抽空氣，通氮氣至管內外壓強平衡后調整氮氣流速在15?25mL/min下，500?900℃下燒結得到生物炭；將生物炭研磨后倒入3?6mol/L NaOH溶液，70?85℃下攪拌1?3h后過濾、水洗、靜置，傾去浮渣、烘干得到蜈蚣草富集銅元素的生物炭。本發明的技術方案將所制備得到的香蒲根富集鐵元素的生物炭應用于去除亞甲基藍上。

技術領域

本發明涉及一種香蒲根富集鐵元素的生物炭的制備方法及其在光催化降解的應用領域。

背景技術

生物炭是一類由農作物秸稈、木屑等生物質經過限氧熱裂解制備而成的富碳固體物質，由于其在土壤修復、減緩氣候變化、廢棄物資源化和新能源開發領域潛在的應用價值而被廣泛關注和研究。生物炭的基本性質主要受原料來源、熱解溫度、熱解時間、改性負載等因素的影響。目前，研究人員普遍認為決定生物炭理化性質及其環境功能的基礎是生物炭的生物質來源和熱解溫度。Novak J M等選用花生殼，山核桃殼，家禽糞便等原料制備250～700℃一系列的生物炭，結果表明較高的熱解溫度導致較低的產率，較大的表面積，較高的pH值，較高的灰分含量和最小的總表面電荷。核磁共振光譜分析證實芳香性結構損失發生在較高的熱解溫度下，導致其余結構主要由多縮合芳族部分組成。Cantrell K B等比較了豬糞、奶牛糞、家禽糞和火雞糞制備生物炭的不同，其中奶牛糞生物炭中揮發成分、能量含量最高，灰分、N、S含量最低；豬糞生物炭的P、N、S含量最高，pH值最低；火雞糞的灰分含量和回收率最高，而家禽生物質炭的回收率最低。Liang R等制備了香蒲生物炭，利用磷酸活化制備了具有多孔結構、豐富官能團的香蒲生物炭，在去除2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)中，用粒子內擴散模型確定了吸附過程的機理，發現其更符合偽二級動力學模型和Freundlich等溫線模型。

香蒲為多年生水生或沼生草本植物，種類繁多，生長繁殖快速，抗逆性強，是濕地優勢挺水植物，對很多重金屬如Cd、Pb、Cr、Mn和Fe均具有較強的耐受性，作為一種植物修復技術在人工濕地中被廣泛地使用，且絕期大多數金屬元素累積主要集中在根部。

發明內容

本發明的技術方案是基于上述背景技術的內容提供一種香蒲根富集鐵元素的生物炭的制備方法。包括如下步驟：

(1)植物篩選及栽培

篩選生長健壯的成熟寬葉香蒲，洗凈放入培養箱加入中，在蒸餾水及霍格蘭氏的營養液中自凈兩周，添加FeSO₄·7H₂O溶液，每周更換培養溶液，培養1-2個月，以添加去離子水做對比；

(2)香蒲根-鐵生物炭的制備

將寬葉香蒲添加鐵元素的植株及去離子水的空白對照組的根部切碎、烘干至無水分，于坩堝中，在封閉條件下，抽空氣，通氮氣至管內外壓強平衡后調整氮氣流速在15-25mL/min下，500-900℃下燒結得到生物炭；

(3)生物炭去灰分處理

將生物炭研磨后倒入3-6mol/L NaOH溶液，70-85℃下攪拌1-3h后過濾、水洗、靜置，傾去浮渣、烘干得到蜈蚣草富集鐵元素的生物炭。

所述的FeSO₄·7H₂O溶液的初始澆灌濃度為0.01-0.2g/L。

優選方式中，通氮氣至管內外壓強平衡后調整氮氣流速在20mL/min。

燒結升溫速率為9-26℃/min，燒結至300-900℃后，保溫0.5-2h。