一種磁性生物碳吸附材料的製備方法及其用途的製作方法
2023-05-30 15:16:26
專利名稱：一種磁性生物碳吸附材料的製備方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及農副產品廢物的二次資源化利用，尤其涉及一種磁性生物碳吸 附材料的製備方法及其用途。
背景技術：
隨著現代工農業生產廢汙水和生活汙水的大量排放，水環境汙染日益嚴重， 其中水體富營養化和難降解有機物汙染(如多環芳烴、多氯聯苯、芳香硝基化 合物)問題，已成為我國水汙染防關注的焦點。
生物炭是一種由生物質(如稻草、果皮、木屑、玉米芯)不完全燃燒產生 的含碳產物。由於對有機汙染物同時具有大容量的分配作用和強的表面吸附作 用，生物炭可作為一種廉價吸附劑用於有機廢水處理，特別適合於飲用水中微
量持久性有機汙染物的吸附處理(CN 101234331A)。然而，生物炭及其它粉狀 吸附劑(如活性碳)在吸附去除汙染物後往往難以分離回收，容易造成資源浪 費和二次汙染。此外，單純的生物炭對磷酸鹽等富營養汙染物幾乎沒有去除效 果。將具有磁性並能有效地吸附磷酸根的磁性介質引入生物炭，有望製備出一 種既能有效吸附去除有機汙染物和磷酸鹽、又能通過磁分離技術實現其快速有 效分離的新型磁性生物炭吸附材料。
符合上述要求的磁性介質主要是鐵酸鹽型磁性材料，如Fe304、 CuFe204、 MnFe204等。然而，目前製備的磁性碳材料，如MFe204-活性碳(M-Fe、 Cu)、 Fe-多壁碳納米管、Y-Fe2(V多壁碳納米管等，都是通過化學沉澱將上述磁性介質 沉積於吸附劑表面製成的，磁性介質容易脫離，結構不夠穩定。而且製備過程 都是對已商品化或成品化的吸附劑(如活性碳、多壁碳納米管)進行後續的賦 磁處理，增加了成本。
本發明製備的磁性生物碳質材料直接以來源豐富的農業廢棄生物質(如稻 草、果皮、木屑、玉米芯等)為原料，通過添加亞鐵鹽、鐵鹽後採用沉澱-炭化 的方法在合成磁性Fe304的同時，製備了生物炭吸附劑；而且該磁性材料結構特 殊，由生物碳質包裹或鑲嵌磁性納米Fe304顆粒構成，存在穩定，能有效地去除 廢水中的有機汙染物和磷酸鹽，並實現磁分離。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種磁性生物碳吸附材料的制 備方法及其用途。磁性生物碳吸附材料的製備方法包括如下步驟-
1) 乾燥、粉碎廢棄生物質，過篩20-100目；
2) 將過篩生物質投加到0.1-0.5 mol/L鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量 為總量的1-10%，在攪拌下滴加3-6 mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10;
3) 固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在100-70(TC下限氧炭化l-5h，得到
磁性生物炭吸附劑。
所述的廢棄生物質為廢棄果皮、農業秸稈、稻殼、花生殼、松針、木屑、樹 皮、樹木枯枝、玉米芯或廢棄茶葉。生物質的重量百分含量優選為總量的2-10%。
鐵鹽溶液是亞鐵離子和三價鐵離子的混合溶液，混合溶液中Fe2+: F^+的摩 爾比為1:2 2:1。炭化溫度優選為100-70(TC,炭化時間優選為1-5 h。
磁性生物碳吸附材料用於去除廢水中的有機汙染物和磷酸根。
所述的磁性生物碳吸附材料的投加質量與廢水體積比例為1:1000-1:10000 g/mL。有機汙染物為硝基類化合物、酚類化合物、胺類化合物、多環芳烴、多 氯聯苯、二惡英、有機氯農藥及其降解中間產物。
本發明實現了吸附材料製備和賦磁過程的同步化，製備流程簡單，原料生 物質來源豐富、成本低廉；製得的磁性吸附劑由生物炭包裹或鑲嵌磁性納米 Fe304顆粒構成，結構特殊，存在穩定，能有效地去除廢水中的有機汙染物和磷 酸鹽，並易於磁分離。
附圖是磁性生物炭吸附劑的製備方法流程圖具體實施方式
實施例1
乾燥、粉碎橘子皮生物質，過篩20目；將過篩生物質投加到0.1mol/LFe2、 Fe3+=1:1鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為1%，在攪拌下滴加3 mol/LNaOH 溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在70(TC下限氧炭化 1 h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-l 。 實施例2
乾燥、粉碎橘子皮生物質，過篩i00目；將過篩生物質投加到0.5 md/L Fe2+ : Fe3+=1:2鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為10%，在攪拌下滴加5 mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在40(TC下限 氧炭化4h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-2。 實施例3
4乾燥、粉碎橘子皮生物質，過篩100目；將過篩生物質投加到0.3 m0l/LFe2+: Fe3+=2:1鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為5%，在攪拌下滴加6 mol/LNaOH 溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在20(TC下限氧炭化 2h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-3。 實施例4
乾燥、粉碎木屑生物質，過篩20目；將過篩生物質投加到O.l mol/LFe2+: Fe3+=1:1鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為1%，在攪拌下滴加5 mol/LNaOH 溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在600。C下限氧炭化 lh，得到磁性生物炭吸附劑MBO-4。 實施例5
乾燥、粉碎木屑生物質，過篩50目；將過篩生物質投加到0.5 mol/LFe2+: Fe3+=1:2鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為10%，在攪拌下滴加6 mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在35(TC下限 氧炭化4h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-5。 實施例6
乾燥、粉碎木屑生物質，過篩100目；將過篩生物質投加到0.3mol/LFe2、 Fe3+=1:1鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為5。/。，在攪拌下滴加6mol/LNaOH 溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在25(TC下限氧炭化 2h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-6。 實施例7
乾燥、粉碎樹皮生物質，過篩100目；將過篩生物質投加到0.1mol/LFe2、 Fe^l:l鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為l。/。，在攪拌下滴加4mol/LNaOH 溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在50(TC下限氧炭化 2h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-7。 實施例8
乾燥、粉碎樹皮生物質，過篩60目；將過篩生物質投加到0.5 mol/L Fe2+: Fe3+=1:1.5鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為8%，在攪拌下滴加6 mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在20(TC下限 氧炭化5h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-8。 實施例9
乾燥、粉碎樹皮生物質，過篩100目；將過篩生物質投加到0.4mol/LFe2、 Fe3+=1.5:1鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為8%，在攪拌下滴加6 mol/LNaOH溶液至溶液pH至9-10;固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在70(TC下限 氧炭化4h，得到磁性生物炭吸附劑MBO-9。 實施例10
按1:2500的比例將磁性生物碳吸附材料MBO-l~MBO-9投加到含1.0mg/L 菲和2mg/L磷酸根的廢水中，經攪拌，菲的去除率大於99%，磷酸根的去除率 大於90%。 實施例11
按1:2500的比例將磁性生物碳吸附材料MBO-l MBO-9投加到含0.1mg/L 芘和5mg/L磷酸根的廢水中，經攪拌，芘的去除率大於99%，磷酸根的去除率 大於80%。
權利要求
1.一種磁性生物碳吸附材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟1)乾燥、粉碎廢棄生物質，過篩20-100目；2)將過篩生物質投加到0.1-0.5mol/L鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為總量的1-10％，在攪拌下滴加3-6mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10；3)固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在100-700℃下限氧炭化1-5h，得到磁性生物炭吸附劑。
2. 根據權利要求1所述的一種磁性生物碳吸附材料的製備方法，其特徵在 於所述的廢棄生物質為廢棄果皮、農業秸稈、稻殼、花生殼、松針、木屑、樹 皮、樹木枯枝、玉米芯或廢棄茶葉。
3. 根據權利要求1所述的一種磁性生物碳吸附材料的製備方法，其特徵在 於所述的生物質的重量百分含量為總量的2-10%。
4. 根據權利要求1所述的一種磁性生物碳吸附材料的製備方法，其特徵在 於所述的鐵鹽溶液是亞鐵離子和三價鐵離子的混合溶液，混合溶液中Fe2+: Fe3+ 的摩爾比為1:2 2:1。
5. 根據權利要求1所述的一種磁性生物碳吸附材料的製備方法，其特徵在 於所述的炭化溫度為100-70(TC,炭化時間為1-5 h。
6. —種如權利要求1所述方法製備的磁性生物碳吸附材料的用途，其特徵在 於磁性生物碳吸附材料用於去除廢水中的有機汙染物和磷酸根。
7. 根據權利要求6所述的一種磁性生物碳吸附材料的用途，其特徵在於所 述的磁性生物碳吸附材料的投加質量與廢水體積比例為1:1000-1:10000 g/mL。
8. 根據權利要求6所述的一種磁性生物碳吸附材料的用途，其特徵在於所 述的有機汙染物為硝基類化合物、酚類化合物、胺類化合物、多環芳烴、多氯 聯苯、二惡英、有機氯農藥及其降解中間產物。
全文摘要
本發明公開了一種磁性生物碳吸附材料的製備方法及其用途。包括如下步驟1)乾燥、粉碎廢棄生物質，過篩20-100目；2)將過篩生物質投加到0.1-0.5mol/L鐵鹽溶液中，生物質的重量百分含量為總量的1-10％，在攪拌下滴加3-6mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10；3)固體沉澱經過濾、乾燥、壓實後，在100-700℃下限氧炭化1-5h，得到磁性生物碳吸附材料；4)磁性生物碳吸附材料投加到廢水中，同時去除廢水中的有機汙染物和磷酸根。本發明實現了吸附材料製備和賦磁過程的同步化，製備流程簡單，原料生物質來源豐富、成本低廉；製得的磁性吸附劑由生物炭包裹或鑲嵌磁性納米Fe3O4顆粒構成，結構特殊，存在穩定，能有效地去除廢水中的有機汙染物和磷酸鹽，並易於磁分離。
文檔編號B01J20/20GK101642699SQ20091010097
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者陳再明, 陳寶梁 申請人:浙江大學