[發明專利]一種生物炭氣凝膠材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110906486.5
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113559797B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 陳永娟;王家強;和佼;閆智英
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/32;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 楊金娟

本發明提供了一種生物炭氣凝膠材料及其制備方法和應用，屬于磷吸附劑技術領域。本發明提供的生物炭氣凝膠材料，包括生物炭和鑭離子；所述生物炭表面含有羥基和羧基；所述鑭離子與所述羥基或羧基鍵合。本發明提供的生物炭氣凝膠材料能夠實現快速、高效除磷。本發明以生物質原料作為碳源進行熱解碳化反應，得到的生物炭保持了生物質獨有的結構，而且表面含有大量的羥基和羧基，能夠與鑭離子結合，提高了材料對于磷的吸附性能；制備原料來源廣泛，成本低廉；而且，制備方法操作簡單，適宜工業化生產。

技術領域

本發明涉及磷吸附劑技術領域，具體涉及一種生物炭氣凝膠材料及其制備方法和應用。

背景技術

磷是水生生態系統中重要的營養物質之一，然而過量的向水體中排放磷會導致有害藻華的發生，即富營養化，嚴重惡化了水生生態。當前，磷污染問題十分嚴重，解決磷污染引起的水體富營養化問題迫在眉睫。水體中磷的去除方法主要有生物法、化學沉淀法、離子交換法、膜處理法和吸附法，其中，吸附法具有操作簡單方便、處理成本低廉和處理效果較好等特點被廣泛應用，是最常用的磷廢水處理方法之一。

吸附法常用的除磷吸附劑有生物炭、納米纖維、氣凝膠、改性沸石、改性粉煤灰和金屬氧化物納米材料等，其中，氣凝膠具有吸附容量高、易回收的優點受到廣泛關注。例如，中國專利CN202010784776.2公開一種氫氧化鑭改性氣凝膠除磷吸附劑，制備原料包括氧化石墨烯、氫氧化鑭、海藻酸鈉和交聯劑。雖然上述氣凝膠除磷吸附劑對磷的吸附容量高，但是其除磷耗時長(24h)，不能實現快速除磷。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種生物炭氣凝膠材料及其制備方法和應用，本發明提供的生物炭氣凝膠材料能夠快速高效除磷。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種生物炭氣凝膠材料，包括生物炭和鑭離子；所述生物炭表面含有羥基和羧基；所述鑭離子與所述羥基或羧基鍵合。

優選的，所述鑭離子的負載量為1～20wt％。

本發明提供了上述技術方案所述生物炭氣凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

將生物質原料進行熱解碳化反應，得到生物炭；

將所述生物炭置于鑭鹽水溶液中進行吸附反應后冷凍干燥，得到生物炭氣凝膠材料。

優選的，所述生物質原料包括冬瓜、西瓜、蘿卜和甘蔗中的一種或幾種。

優選的，所述熱解碳化反應的溫度為120～180℃，時間為6～48h。

優選的，所述鑭鹽水溶液的質量百分濃度為5～15％。

優選的，所述吸附反應的溫度為10～30℃，時間為12～48h。

優選的，所述冷凍干燥的壓強為0.1～0.3Pa，溫度為-40～-20℃，時間為24～72h。

本發明提供了上述技術方案所述的生物炭氣凝膠材料或上述技術方案所述制備方法得到的生物炭氣凝膠材料在除磷中的應用。

本發明提供了一種生物炭氣凝膠材料，包括生物炭和鑭離子；所述生物炭表面含有羥基和羧基；所述鑭離子與所述羥基或羧基鍵合。本發明提供的生物炭氣凝膠材料能夠很好的復制生物質原料組織的獨特、精細而復雜的結構，同時，生物碳氣凝膠材料表面含有豐富的官能團，能很好的的與La³⁺離子結合，從而快速、高效吸附磷酸根離子。而且，本發明提供的生物炭氣凝膠材料生產成本低。

本發明提供了上述技術方案所述生物炭氣凝膠材料的制備方法。本發明提供的制備方法以生物質原料作為碳源進行熱解碳化反應，得到的生物炭保持了生物質獨有的結構，而且表面含有大量的羥基和羧基，能夠與鑭離子結合，提高了材料對于磷的吸附性能；制備原料來源廣泛，成本低廉；而且，制備方法操作簡單，適宜工業化生產。