[發明專利]一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料及其應用

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• 申請號: 201910814213.0
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110508246A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 易寶軍;朱瑤;袁巧霞;孫正帥;宗志喜;楊雪琦
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 42001 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 董路<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料及其應用，其由以下方法制備而成：S₁、將新鮮牛糞干燥，粉碎，得到干燥的牛糞粉末；S₂、將牛糞粉末加入到氯化鐵溶液中，恒溫震蕩，再置于70?90℃下反應1?4小時，過濾，洗滌，干燥，得到改性牛糞；S₃、在氮氣氛圍下，將改性牛糞進行熱解，熱解時間為0.2?2h，熱解溫度為200?800℃，冷卻至室溫，得到所述的基于牛糞生物炭的磁性復合材料。該復合材料的比表面積大，吸附效率高，而且具有優異的磁化性能，便于分離回收利用，因此，該復合材料可用于去除水體中的酸堿有機物，如亞甲基藍和剛果紅等，去除率高。

技術領域

本發明屬于廢物資源化再利用技術領域，具體涉及一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料及其應用。

背景技術

規模化養殖造成糞污問題嚴重，處理不當不僅影響環境，而且限制畜禽養殖業的健康發展，同時產生的畜禽廢水已經嚴重影響農業的現代化發展。吸附是眾多處理方法中最優的一種，而生物炭由于成本低、效果好，得到了廣泛的研究與應用。通過前期研究發現，低溫熱解牛糞生物炭對堿性有機物亞甲基藍具有良好吸附效果，但是隨著生物炭吸附研究的進行，有兩個突出的問題制約其發展，一是生物炭對陰離子污染物的吸附性能較低，二是粉末狀生物炭吸附后極難與溶液分離，容易造成二次污染。

磁性生物炭在催化、環境修復等諸多領域受到廣泛關注。磁性生物炭顆粒無需進一步的分離和處理就可以通過外加磁場輕易地從水溶液中分離出來，這比離心或過濾更具選擇性和效率。此外，磁化還可以提高碳吸附劑的吸附性能，特別是當吸附劑對磁性化合物和碳組分都具有很強的親和力時，磁性生物炭材料的獨特性能可克服吸附過程中的障礙。

目前有三種方法制備磁性生物炭：熱解，共沉淀和煅燒法。共沉淀已經被廣泛應用于磁性生物炭的制備過程中。然而，對于低表面積的生物炭材料，共沉淀反應對產物孔隙率會產生負面影響，而且這種方法需要多個步驟和化學物質，這削弱了吸附劑的成本和效率。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料及其應用，該復合材料的比表面積大，吸附效率高，而且具有優異的磁化性能，便于分離回收利用，因此，該復合材料可用于去除水體中的酸堿有機物，如亞甲基藍和剛果紅等，去除率高。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料，由以下方法制備而成：

S₁、將新鮮牛糞干燥，粉碎，得到干燥的牛糞粉末；

S₂、將牛糞粉末加入到氯化鐵溶液中，在常溫下震蕩，再置于70-90℃下反應1-4小時，過濾，洗滌，干燥，得到改性牛糞；

S₃、在低氧氛圍下，將改性牛糞進行熱解，熱解時間為0.2-2h，熱解溫度為200-800℃，冷卻至室溫，得到所述的基于牛糞生物炭的磁性復合材料。

進一步，所述的氯化鐵溶液的濃度為0.01-0.1mol/L。

進一步，所述的牛糞粉末與氯化鐵的質量摩爾比為2g：1mmol-6g：1mmol。

進一步，步驟S₂中，震蕩時間為1-3h。

進一步，所述的低氧氛圍中含氧量不大于3％。

一種基于牛糞生物炭的磁性復合材料在去除水體中酸堿有機物的應用。

進一步，去除水體中酸堿有機物的方法為：

向含有酸性有機物或堿性有機物的水體中加入所述的基于牛糞生物炭的磁性復合材料，在恒溫下進行震蕩處理，震蕩處理完成后，用外部磁鐵進行固液分離，所得液體即為去除酸性有機物或堿性有機物后的水體。