[發明專利]一種新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010884934.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112058225A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 關清卿;鄧利華;何亮;張德華;寧平
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 北京隆達恒晟知識產權代理有限公司 11899
• 代理人: 楊青

本發明涉及一種新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法及其應用，屬于水處理技術領域，主要制備過程為：1）將收割得到的麻桿干燥、粉碎；2）麻桿中加入六水合氯化鎂和氫氧化鈉溶液，放入恒溫振蕩箱中震蕩反應24 h，然后經過過濾、洗滌和干燥得到Mg(OH)₂表面改性的生物質材料；3）將Mg(OH)₂表面改性的生物質材料進行有氧煅燒或通入氮氣的無氧炭化，得到有氧MgO改性麻桿生物炭材料和無氧MgO改性麻桿生物炭材料。將得到的MgO改性麻桿生物炭材料應用于污水中磷酸鹽的去除，有氧MgO改性麻桿生物炭材料對磷酸鹽的去除率為80%，無氧MgO改性麻桿生物炭的磷酸鹽去除率為46%；此外本發明還發現不同炭化條件的影響機制主要與MgO晶面的暴露強度有關。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體的說，涉及一種新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法及其應用。

背景技術

近年來，水環境污染日益加劇，其中因氮、磷含量超標而引發的富營養化引起了廣泛的關注。磷污染主要來源于磷礦開采、無氰電鍍以及洗滌劑、化肥(磷肥)和有機磷農藥的生產和使用。磷污染是長期以來存在的并且受到高度重視的水體污染之一，它主要造成水體富營養化，進而導致污水中藻類大量繁殖，氧氣匱乏，動植物等大量死亡。目前，我國的河流、水庫和引用水都受到了富營養化得威脅，所以降低水中的磷酸鹽濃度不僅可以改善水質環境還可以保證居民的用水安全。

常用的水體中去除磷的方法有化學法、物理法和生物法。化學沉淀法由于消耗的化學試劑費用較高，產生的化學污泥較多而受到限制；生物法因受到水質條件的約束和嚴格的菌株生長環境而展現出較弱的去除率；物理法因耗材較貴，操作環境較為苛刻而受到限制；相比于以上的技術，吸附技術具有操作方便、能耗低、二次污染少等優點。

目前，生物質廢棄物的利用受到了廣泛的關注。據統計，我國每年農林廢棄物達到7億多噸，但是每年仍然有1.8億噸的農林廢棄物需要資源化利用。農林廢棄物不僅可以作為肥料、飼料和沼氣化以及生物質能源、燃料和石油產品的原材料還可以用來制備污水處理的吸附材料等，所以農林廢棄物資源化的市場前景廣闊。生物質因豐富的官能團和巨大的比表面積而在污水處理中具有非常大的優勢，固定磷酸鹽的過程中，可以直接通過吸附劑的自身物理化學性質而直接進行吸附，也可以對吸附劑進行改性使其表面具有金屬離子或表面活性劑等來增加對磷酸鹽的去除率。

在生物質碳材料的制備過程中，常需要在通氮隔絕氧氣的條件下進行煅燒，以保證生物質碳材料的多孔結構，防止生物質碳燃燒或部分燃燒，失去多孔結構，進而失去吸附功能，并使官能團失效。目前的生物質碳吸附磷有一定的研究，但大多生物質碳吸附材料存在吸附能力弱，對磷酸鹽的吸附能力差。

發明內容

為了克服背景技術中存在的問題，本發明提供了一種新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法及其應用，利用農林廢棄物麻稈加入氯化鎂和氫氧化鈉制備Mg(OH)₂表面改性的生物質材料，再經煅燒后得到MgO改性麻桿生物炭材料，所制備出的MgO改性麻桿生物炭材料對磷酸鹽有較好的吸附能力，對磷酸鹽的去除率達25％以上。特別是通過將Mg(OH)₂表面改性的生物質材料經過有氧煅燒，可使有氧MgO改性麻桿生物炭吸附劑的衍射峰更尖，MgO暴露的晶面量增加，有效提高了MgO改性麻桿生物炭吸附劑的吸附性能，對磷酸鹽的去除率最高可達82％。

為此，本發明的第一目的在于提供一種新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法，本發明的第二目的在于提供一種新型改性麻桿生物質炭材料在吸附磷酸鹽中的應用。

本發明的第一目的是通過如下技術方案實現的：

所述的新型改性麻桿生物質炭材料的制備方法包括以下步驟：

(1)將麻桿干燥，粉碎成麻桿屑；

(2)將麻桿屑加入到反應容器中，加入氯化鎂和氫氧化鈉溶液，得到Mg(OH)₂表面改性的生物質材料；