[發明專利]一種復合改性生物炭的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202011071332.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112295541A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張亞平;陳振焱;沈凱;李貝貝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王繹涵

本發明公開了一種復合改性生物炭的制備方法，其制備方法包括如下步驟：（1）材料預處理：生物質秸稈經過清洗、干燥并粉碎后，浸漬在氯化鐵溶液中一定時間，振蕩靜置后，烘干至恒重；（2）鐵基改性生物炭的制備：將上述材料置于氮氣氣氛下的管式爐中進行高溫炭化，冷卻至室溫，洗滌，烘干和過篩后，得到鐵基改性生物炭；（3）鐵基/等離子體復合改性生物炭的制備：將鐵基改性生物炭置于等離子體發射器下，靜置一定時間后，獲得鐵基/等離子體復合改性生物炭；該方法制備得到的鐵基/等離子體復合改性生物炭，操作簡單，成本低廉，兼具兩種改性技術的優點，極大提高了對溶液中鎘的去除效率。

技術領域

本發明涉及環境保護技術領域，特別涉及一種復合改性生物炭的制備方法及其應用背景技術

環境中的重金屬具有生物不可降解性，并可能通過食物鏈的生物富集作用而造成嚴重的人類健康危害和重大的生態影響。鎘（Cd）是最常見且最嚴重的重金屬污染物之一，對人類健康構成越來越大的風險。考慮到鎘對環境和人體的巨大危害，沉積物、河流、地下水和土壤中的鎘污染受到越來越多的關注。在過去的幾十年中，包括化學沉淀，離子交換，膜分離，生物法和吸附法在內的各種物理、化學和生物去除技術已被廣泛用于鎘污染的治理中。

與其他處理技術相比，吸附法是一種去除廢水中重金屬污染物的相對簡單、環保且具有成本效益的方法。吸附劑的類型主要包括膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、沸石、分子篩和生物炭等。其中，生物炭作為一種新型的高效吸附材料，由于其較大的比表面積和豐富的官能團而開始引起人們的關注。生物炭是一種富氧固體材料，具有微孔結構，并且在限氧條件下通過高溫熱解富碳生物質而獲得的材料。然而，一般而言，原始生物炭對廢水中重金屬的飽和吸附能力較低。為了進一步提高生物炭的吸附能力，在熱解過程之前/之后已經對生物質/生物炭進行了處理或改性。

目前，已有相關研究表明，通過表面化學改性可以改善生物炭材料的表面和表面結構上的官能團，使生物炭具有更多特定吸附功能的活性位點。而在生物質/生物炭表面上附著金屬離子是一種常見的表面修飾方法。研究表明，鐵離子修飾的碳質材料具有增強吸附能力并促進生物炭顆粒的分離能力。雖然一些生物炭孔被生物炭中形成的氧化鐵顆粒堵塞，但通過表征分析也證實了氧化鐵顆粒在生物炭表面的負載。而且，由于氧化產物的形成（例如氧化鐵）會阻塞平均碳孔徑或導致孔壁塌陷，從而導致平均孔徑的擴大和微孔的減少。另一方面，非熱等離子體（NTP）在表面化學修飾領域是一種很有前景的方法。與其他技術相比，它對紋理性能的損害較小，而可以通過活性物種對表面進行化學轉化。

因此，將鐵離子預處理的生物炭與等離子體后處理相結合，具有促進負載的鐵物種的轉化并大大增加生物炭表面上的官能團含量的可能。鑒于此，本發明采用鐵基/等離子體復合改性技術，具有豐富孔隙結構，增加官能團數量，提供更多的吸附位點等優點，從而實現了高效去除廢水中鎘的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：以鐵基/等離子體改性技術為制備手段，制備出一種復合改性生物炭。其優點在于結合兩種改性技術的特點，擴大了孔徑結構，增加了含氧官能團數量，提供了更多的吸附位點，從而實現了高效去除廢水中鎘的目的。

本發明以如下技術方案解決上述技術問題：

（1）材料預處理：生物質秸稈經過清洗、干燥并粉碎后，浸漬在氯化鐵溶液中一定時間，振蕩靜置后，烘干至恒重；

（2）鐵基改性生物炭的制備：將上述材料置于氮氣氣氛下的管式爐中進行高溫炭化，冷卻至室溫，洗滌，烘干和過篩后，得到鐵基改性生物炭

（3）鐵基/等離子體復合改性生物炭的制備：將鐵基改性生物炭置于等離子體發射器下，靜置一定時間后，獲得鐵基/等離子體復合改性生物炭。

進一步的，所述步驟（1）中的生物質秸稈粉碎后過50目標準篩。

進一步的，所述步驟（1）中的的氯化鐵溶液濃度為0.1-1.0mol/L。