[發明專利]一種高吸附性能的磁性納米生物炭及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210027142.1
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114950356A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 嚴旎娜;徐磊;胡彪;鄭志雨;陳敬文;蔣希芝;馮敏;汪敏
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 鹽城高創知識產權代理事務所(普通合伙) 32429
• 代理人: 陳民

本發明公開了一種高吸附性能的磁性納米生物炭及制備方法和應用，通過引入小尺寸Fe₃O₄磁性納米粒子后，有利于粉狀納米生物炭的回收利用，使其不會造成對水體的二次污染，通過二次球磨最終制備得到具有與球磨納米生物炭相近吸附性能的磁性納米生物炭，具有較大的應用前景。本申請通過對廢棄農林生物質回收利用制備磁性納米生物炭，有利于充分利用廢棄生物質資源，變廢為寶，是一種綠色環保的方法，符合人與自然和諧發展的生態觀。

技術領域

本發明涉及磁性生物炭材料技術領域，尤其涉及一種高吸附性能的磁性納米生物炭及制備方法和應用。

背景技術

隨著工業的快速發展，有機染料被廣泛應用于紡織、印染、化妝品、橡膠、塑料等行業，由此產生了大量的有機污染，對水環境造成了極大的威脅。目前吸附是處理有機廢水最為便捷高效的方法。其中生物炭是生物質熱解產生的產物，它富含碳、多孔、比表面積大且具有許多表面含氧官能團，不僅能夠有效利用廢棄生物質，還能夠作為吸附劑用于廢水治理，得到了人們越來越多的關注和研究。

為了提高生物炭的吸附性能，目前有酸處理、堿處理、胺化、表面活性劑改性等等，其中機械球磨法作為一種綠色環保的物理改性方法，能夠非常有效的提升生物炭的吸附性能。據報道，球磨后的納米生物炭比原生物炭具有更大的比表面積、更大的孔隙體積、更小的流體動力學半徑、更強的負Zeta電位和更多的含氧官能團，可以大大提高其對亞甲基藍的吸附性能。

然而，粉狀生物炭在水中難以分離，可能導致水體的二次污染，阻礙其作為吸附劑的大規模應用，解決這一問題的有效策略是引入過渡金屬及其氧化物，使其具有磁性，實現循環利用。但是，不少相關研究中報道，生物炭在引入磁性粒子后，會存在磁性粒子堵塞孔隙，導致比表面積下降和表面官能團減少，進而導致吸附性能下降的問題。

現有技術中專利申請號為CN110252242A的中國發明專利以生物質材料為原料，進行烘干、煅燒、研磨后獲得生物炭，再將物質的量為2:1的鐵鹽和亞鐵鹽混合，與氨水混合制成四氧化三鐵膠體沉淀，再將所述生物炭加入所述四氧化三鐵膠體沉淀中，通氮氣條件下攪拌、再密閉靜置獲得磁性生物炭，最后將所述磁性生物炭與一定比例的含氮前體放入管式爐中煅燒，獲得改性生物炭。該申請通過將鐵鹽和亞鐵鹽混合，再與氨水混合制成四氧化三鐵的膠體沉淀，再將其與生物炭混合，最后再煅燒得到了一種磁性改性生物炭，該方法所制備得到的磁性生物炭尺寸為微米以上，吸附效果不及納米級生物炭，同時也存在磁性粒子分布不均勻以及磁性粒子與生物炭之間結合不牢固、附著力較弱的問題，因此還需要對其進一步改進。

專利申請號為CN202011409096.9的公開了一種多糖磁性納米生物炭粒子的制備方法和應用，用Fe₃O₄磁性納米顆粒用聚乙烯亞胺修飾后吸附一層羧基化生物炭，形成生物炭外殼的磁性復合物Fe₃O₄@cNDs；然后用磁性復合物Fe₃O₄@cNDs吸附W/OW法制備的白子菜多糖納米粒子，制備多糖磁性生物炭納米粒子；所述磁性復合納米材料以100～500納米的Fe₃O₄顆粒為磁性內核提供強磁響應性及超順磁性，以磁性生物炭復合物Fe₃O₄@cNDs吸附W/O/W法制備的多糖納米粒子；該發明制備的多糖磁性納米生物炭納米粒子便于制備且易收集，但是該專利內部是磁性氧化鐵，外部是改性納米生物炭，主要目的是改性氧化鐵，便于氧化鐵在水中的分散。