[發明專利]一種磁改性棉花秸稈生物炭的方法及溶液中去除重金屬鉛的應用

在審

• 申請號: 202010728072.3
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112023877A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 杜遠達;鄒艷玲;孔強;徐飛
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J20/28;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明屬于環境工程技術領域，涉及一種磁改性棉花秸稈生物炭的方法及溶液中去除重金屬鉛的應用，包括：將棉花秸稈干燥、粉碎，在K₂CO₃和Fe₃O₄混合液中浸漬、烘干，煅燒、炭化，制備成棉花基磁性生物炭。本發明制備的棉花基磁性生物炭，由于其原材料性質穩定，受環境因素影響較小，所制備的磁性生物炭質量均衡，可以有效去除水溶液中的鉛離子，并且可以通過磁介質進行磁分離實現生物炭的重新再利用。

技術領域

本發明屬于環境工程技術領域，一種利用棉花秸稈制作磁改性生物炭的方法及其在溶液中去除重金屬鉛的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

生物炭解決了傳統除鉛技術中存在的試劑大量消耗、去除性能不穩定、有毒污泥產生、高成本等問題，然而由于生物炭粒徑較小，在溶液中分布均勻等特點，使其難以分離。針對這一難題，通過磁改性將磁介質引入生物炭，使其通過磁性聚集從而達到從溶液中有效分離的目的。目前已有多種制備磁性活性炭的方法，如：將七水合硫酸亞鐵與活性炭在溶液中混合，滴加氫氧化鈉后加熱至100℃，然后冷卻并在4℃冰箱儲存，即得到磁性活性炭。該技術方法易于操作但是七水合硫酸亞鐵在干燥空氣中容易風化，在潮濕空氣中易氧化成棕黃色堿式硫酸鐵，物質性質不穩定，可能導致此方法制備的磁性活性炭質量不穩定。有研究人員將活性炭在室溫下加入到含氯化銅(0.02mol)和氯化鐵(0.04mol)的溶液中并調整pH至10左右，攪拌1h后將其懸浮液在8-100℃下加熱2h，洗滌且干燥后得到磁性活性炭。但發明人發現：該技術方法同樣存在相關問題，氯化鐵在溶液中容易水解，氯化銅具有毒性并且易水解。

發明內容

為了克服現有生物炭在溶液中除鉛技術存在的問題，本發明的目的是提供一種通過一步法制備出方便快捷、性能穩定的棉花基磁性生物炭并應用到溶液中重金屬鉛的去除。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種磁改性棉花秸稈生物炭的制備方法，包括：

將棉花秸稈干燥、粉碎，在K₂CO₃和Fe₃O₄混合液中浸漬、烘干，煅燒、炭化，制備成棉花基磁性生物炭。

本發明的機制：與其他化學活化劑相比，K₂CO₃相對溫和，其在炭化多孔結構的形成過程中扮演著重要的作用。K₂CO₃作為活化劑在浸漬階段使棉花秸稈部分結構遭到破壞；碳化過程中K₂CO₃的存在改變了棉花秸稈的碳化行為。活化階段K₂CO₃不僅發展了大量的微孔結構，而且促進了Fe₃O₄向Fe₃C的轉變。Fe₃O₄提供鐵源的同時起到活化促進劑的作用，其演變機理應為三步演變，即Fe₃O₄→FeO→Fe→Fe₃C。

本發明的第二個方面，提供了任一項所述的方法制備的磁改性棉花秸稈生物炭。

本發明系統研究了不同化學活化劑對生物炭結構及其碳化行為的影響，經過大規模實驗摸索，發現：采用K₂CO₃和Fe₃O₄混合液作為活化劑，不僅試劑性質較穩定，還可通過一步法方便快捷的制備出一種性能穩定的棉花基磁性生物炭，特別的，該活性炭在溶液中去除重金屬鉛方面的表現優異。

本發明還提供了上述的磁改性棉花秸稈生物炭在去除重金屬鉛中的應用。