[發明專利]一種向日葵秸稈改性生物炭及其應用

在審

• 申請號: 202210179574.4
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114471464A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 許學慧;劉海云;紅梅;師泰龍;郝赫男
• 申請（專利權）人: 內蒙古農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發明公開了一種向日葵秸稈改性生物炭以及該改性生物炭在環境污染修復中的應用。將向日葵秸稈粉碎后加入聚四氟乙烯坩堝中，在氮氣保護下文升溫加熱，隨后再次加溫至600℃碳化4h，得到的生物炭經冷卻粉碎后以超純水洗滌至中性，再烘干至恒重，得到生物炭BC600。將BC600經HNO₃改性、Fe₃O₄改性處理后，得到改性生物炭。抑或采用向日葵秸稈粉以磷酸二氫鉀改性，得到改性生物炭。采用本發明制得的改性生物炭不僅充分利用了內蒙地區的向日葵秸稈，同時制備方法更簡單。制得的改性生物炭減少了未改性生物炭的平均孔徑，更有利于微孔結構的生成，對重金屬離子的吸附效果更好，其中HNO₃改性生物炭、Fe₃O₄改性生物炭、KH₂PO₄改性生物炭對Cd²⁺的去除率分別為77.6％、82.3％、88.4％。

技術領域

本發明屬于環境修復領域，具體涉及一種向日葵秸稈改性生物炭以及該改性生物炭在環境污染修復中的應用。

背景技術

內蒙古自治區是我國向日葵大面積種植地區，向日葵秸稈產量大，資源化利用率低。通過將向日葵秸稈加熱制備成生物炭并應用于環境污染修復是實現秸稈資源化利用的有效途徑。生物炭作為炭吸附劑中的一種，相較于其他吸附材料，其孔隙結構和表面積更為發達，且表面具有大量的官能團，對重金屬離子有一定的吸附和固定能力。其主要通過物理吸附、離子交換和沉淀等作用來改變水體中重金屬的賦存形態，降低重金屬的毒性。因此生物炭是應用于吸附水體重金屬污染很好的吸附材料。生物炭雖然存在較多優點，但依然有不足之處。一是原始生物炭因其吸附點位不足，對重金屬吸附有一定的限制；二是其帶有負電荷，對陰離子的吸附能力很弱。

CN 110833816 A公開的一種磷酸氫二鉀改性滸苔生物炭的制備方法及其去除水體中重金屬鎘的應用中，首先將預活化滸苔生物炭和磷酸氫二鉀按照一定質量比浸漬一段時間，然后放入烘箱中烘干，將混合物放入管式爐中進行熱解活化反應，冷卻后得到固體產物，將磷酸氫二鉀改性生物炭用于對水中重金屬鎘的吸附研究中。改善了生物炭的表面性質，為后期處理提供了基礎，為吸附水體重金屬鎘提供新的吸附材料。該方法是現將生物質燒成生物炭，然后再用磷酸氫二鉀的溶液泡一段時間后烘干，烘干后再放在爐子里邊燒，過程繁瑣復雜。且采用該方法制得的生物炭在水體中Cd²⁺的初始濃度為250mg/L時，最大吸附量也才到 35.20mg/g，吸附效果欠佳。

鑒于上述不足，一種制備工藝簡單，且對重金屬離子的吸附能力更強的改性生物炭是目前行業內急需的。

發明內容

基于上述分析，本發明利用向日葵秸稈制備生物炭并將其改性，改性方法為HNO₃改性、磷酸二氫鉀改性和四氧化三鐵改性。通過對改性前后生物炭進行表征，結合水體吸附實驗探討改性生物炭對重金屬鎘的吸附機理及去除率，改性后的生物炭較原始生物炭通常會增大孔隙度和表面積，表面負載更多的官能團，以及內部鑲嵌一些離子改性劑等，從而增強對重金屬離子的吸附能力。

本發明是通過如下手段實現的：

一種向日葵秸稈改性生物炭的制備方法，包括：

(1)生物炭的制備：

①以內蒙古河套地區種植廣泛的向日葵的秸稈作為原料，洗凈、風干后；用粉碎機進行粉碎，過1mm孔徑的篩，得到向日葵秸稈粉；

②將秸稈粉裝入50ml的聚四氟乙烯坩堝中，蓋蓋密封，將坩堝放入馬弗爐中，關閉爐門；

③馬弗爐通入氮氣10min，以排盡爐內空氣，在通氮氣保護下，以20℃/min的速率將爐溫升至200℃，保持15min；

④然后以40℃/min的速率將爐溫升至炭化溫度600℃，碳化加熱4h，得到生物炭；