[發明專利]一種改性生物炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910410186.0
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110302749B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 黃海明;趙寧;李晶
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明涉及一種改性生物炭及其制備方法和應用。該制備方法包括如下步驟：S1：將生物炭分散，依次加入氨水和有機硅源，反應，得混合溶液；S2：向混合溶液中加入重金屬捕捉劑，攪拌；S3：再加入有機硅源和氨水，攪拌，洗滌，干燥，研磨即得所述改性生物炭。本發明首先在生物炭上負載二氧化硅納米顆粒，然后再負載重金屬捕捉劑，可大大提高重金屬捕捉劑的負載量，極大增大了生物炭對于重金屬等污染物的吸附的絡合位點，大大提高了吸附性能；同時，負載重金屬捕捉劑后再負載二氧化硅納米顆粒，實現二氧化硅對重金屬捕捉劑包覆，可使得重金屬捕捉劑穩定地負載，有效的提高了改性生物炭重復利用率。本發明的改性生物炭吸附性能優異。

技術領域

本發明屬于生物有機材料、吸附劑吸附領域，具體涉及一種改性生物炭及其制備方法和應用。

背景技術

由于人類活動的結果，包括生活垃圾、采礦、冶煉、化肥、農藥的應用和電子制造技術等，含金屬的廢水數量正在環境中增加，造成水中的金屬污染。水體中的金屬污染不僅對環境造成極大的危害，而且對人類的健康也有很大的危害。污水中重金屬的去除方法包括化學法、物理方法和生物方法。在這些方法中，生物吸附技術是最常見和最具成本效益的方法。這是因為生物吸附劑具有環境友好型和可廣泛使用的特點，其中最流行的生物吸附劑之一是生物炭。

生物炭是生物質在缺氧條件下高溫處理后留下的材料。生物炭本身具有成本低、范圍廣等優點，制備原材料范圍廣、孔隙率高、比表面積大、熱穩定性好。同時，生物炭幾乎是純碳，埋在地下時，幾十萬年都不能消失，這意味著碳在土壤中的固存將有助于減緩全球變暖。這些優點引起了人們對生物炭的廣泛關注。近幾年來，對生物炭的研究一直很活躍，各種原料被廣泛用于去除重金屬。例如，有研究報道利用甘蔗渣制作生物炭用于研究污水中重金屬的吸附情況。在污水中的吸附最常用的生物炭原料是農業廢棄物，如木材、稻草和果皮。有人以玉米秸稈為基質制成生物炭作為吸附劑。污泥、板栗殼、牦牛糞便生物炭、海洋大型藻類也可作為制造生物炭的原料。但直接將現有的生物炭材料作為吸附劑，其吸附性能仍存在局限性，限制了其應用。

因此，開發一種吸附效果較好的生物炭吸附材料具有重要的研究意義和經濟價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中生物炭材料在吸附性能上的局限性，提供一種改性生物炭的制備方法。本發明首先在生物炭上負載二氧化硅納米顆粒，然后再負載重金屬捕捉劑，可大大提高重金屬捕捉劑的負載量；重金屬捕捉劑的負載，極大增大了生物炭對于重金屬等污染物的吸附的絡合位點，大大提高了吸附性能；同時，負載重金屬捕捉劑后負載二氧化硅納米顆粒，實現二氧化硅對重金屬捕捉劑包覆，可使得重金屬捕捉劑穩定地負載在材料上，有效的提高了改性生物炭重復利用率。本發明提供的改性生物炭吸附性能優異，對重金屬具有較好的吸附效果，特別是對重金屬Cd(Ⅱ)具有優異的吸附效果。

本發明的另一目的在于提供一種改性生物炭。

本發明的另一目的在于提供上述改性生物炭作為吸附材料在吸附重金屬中的應用。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種改性生物炭的制備方法，包括如下步驟：

S1：將生物炭分散，依次加入氨水和有機硅源，反應，得混合溶液；

S2：向混合溶液中加入重金屬捕捉劑，攪拌；

S3：再加入有機硅源和氨水，攪拌，洗滌，干燥，研磨即得所述改性生物炭。

本發明S1中有機硅源在氨水的作用下水解形成二氧化硅納米顆粒，負載在生物炭上，可促進S2步驟更好的實現重金屬捕捉劑的負載。重金屬捕捉劑負載后極大增大了生物炭對于重金屬等污染物的吸附的絡合位點，大大提高了吸附性能。然后S3中再負載二氧化硅納米顆粒，實現二氧化硅對重金屬捕捉劑包覆，可使得重金屬捕捉劑穩定地負載在材料上，有效的提高了改性生物炭重復利用率。