[發明專利]一種球狀改性咖啡渣生物炭及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310674770.3
• 申請日: 2023-06-08
• 公開（公告）號: CN116651399A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 王曉;謝海;徐亙;張新波
• 申請（專利權）人: 高頻（北京）科技股份有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發明屬于環保領域，尤其涉及一種球狀改性咖啡渣生物炭及其制備方法和應用。本發明提供的制備方法包括以下步驟：將咖啡渣、蛋殼粉、海藻酸鈉和水混合，得到混合漿料；將所述混合漿料滴入到氯化鈣水溶液中，得到凝膠球；將所述凝膠球進行干燥，隨后在限氧條件下進行熱解，得到球狀改性咖啡渣生物炭。本發明提供的制備方法具有原料來源廣泛、價格低廉、制備步驟簡單等優勢，制得的改性生物炭含有豐富的磷酸鹽吸附位點，對水中的磷酸鹽具有較強的吸附能力，在較寬的pH值范圍內皆具有較高的磷酸鹽吸附容量，且易于從水中分離回收。本發明為咖啡渣、蛋殼的資源化利用提供了可能的途徑，變廢為寶，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于環保領域，尤其涉及一種球狀改性咖啡渣生物炭及其制備方法和應用。

背景技術

磷是人類生產生活必不可少的重要元素，然而由于人類的農業與工業生產活動，造成大量的磷排放入水體中，導致嚴重的富營養化問題，使藻類爆發、水質惡化，最終導致生態系統崩潰。生物炭是一種富含碳的多孔吸附材料，由生物質在高溫和限氧的條件下熱化學分解產生的，具有原料易得，價格低廉，熱穩定性好，表面官能團豐富等優點，在從水中回收磷酸鹽方面具有明顯的優勢。

由于生物炭表面通常帶負電，對陰離子的吸附能力有限，因此需要對生物炭進行改性以提高其對磷酸鹽的吸附能力。金屬陽離子與磷酸鹽具有較強的親和力，可以通過引入金屬離子提高生物炭吸附效果，其中鈣由于其無毒和廣泛的可利用性被認為是有前景的金屬改性劑。

雞蛋殼是人類日常生活中大量產生的廚余垃圾，富含CaCO₃，在高溫下可有效分解，是一種有前景生物炭改性材料。另外，咖啡是世界上最受歡迎的飲料之一，由于只有一小部分(0.2％)是從咖啡豆中提取的，咖啡的流行必然會產生大量的咖啡渣。大多數咖啡渣只能簡單地填埋和焚燒，造成資源浪費和環境污染。因此本發明擬采用咖啡渣作為生物炭原料，雞蛋殼作為改性劑，不僅可以將廢棄物變廢為寶，而且為咖啡渣和雞蛋殼的處理問題提供了一種新思路。

常規生物炭呈粉末狀，很容易在水溶液中團聚，且吸附污染物后難以固液分離以及回收利用。因此本發明擬設計制備一種易于回收的球狀改性生物炭。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種球狀改性咖啡渣生物炭及其制備方法和應用，本發明制備的球狀改性咖啡渣生物炭對水中磷酸鹽具有較高的吸附容量，而且易于回收，實現了廢棄生物質的資源化利用。

本發明提供了一種球狀改性咖啡渣生物炭的制備方法，包括以下步驟：

將咖啡渣、蛋殼粉、海藻酸鈉和水混合，得到混合漿料；

將所述混合漿料滴入到氯化鈣水溶液中，得到凝膠球；

將所述凝膠球進行干燥，隨后在限氧條件下進行熱解，得到球狀改性咖啡渣生物炭。

優選的，所述咖啡渣的粒徑≥50目；所述蛋殼粉的粒徑≥50目。

優選的，所述咖啡渣與蛋殼粉的質量比為(2～4):1；所述咖啡渣與蛋殼粉的合計質量與水體積的比為(5～15)g:(100～300)mL；所述海藻酸鈉與水的質量體積比為(2～8)g:100mL。

優選的，所述氯化鈣水溶液的濃度為3～7％w/v；所述氯化鈣水溶液與以水計的混合漿料的體積比為(150～250):(100～300)。

優選的，將所述混合漿料滴入到氯化鈣水溶液中后，穩定一段時間；所述穩定的時間為12～16h。

優選的，將所述凝膠球進行干燥之前，先進行水洗。

優選的，所述限氧條件的實現方式為對待熱解的物品進行包裹密封。

優選的，所述熱解的溫度為650～850℃；達到熱解溫度前的升溫速率為4～6℃/min；所述熱解的時間為1.5～3h。