一種紅藻渣炭化製備生物活性炭的方法及其應用與流程
2023-04-28 03:01:17 4
本發明涉及一種紅藻渣炭化製備生物活性炭的方法及其應用。
背景技術：
近年來，隨著海藻化工產品數量和品種的不斷增多，伴隨而來的加工廢棄物數量也在增加，造成了嚴重的資源浪費和環境汙染。因此，海藻粉的處理和綜合利用是海洋資源利用領域迫切需要解決的課題。石花菜等紅藻是製造瓊膠的主要原料，大量用作細菌培養基瓊膠是多糖體的聚合物，有抗病毒的性質。紅藻廢渣是石花菜、江蘺和麒麟菜等海洋紅藻提取瓊膠和卡拉膠的下腳料，目前一直沒有很好的處理方法，有些甚至被當作垃圾處理掉。
目前，對紅藻渣的利用研究有以下幾種措施：製作肥料或飼料，提取活性物質，生產沼氣或者製備生物柴油等，但是由於藻類殘渣中的成分複雜，並不能對紅藻渣有效利用與開發，由此限制了紅藻渣的資源利用，造成了巨大的資源浪費和嚴重的環境汙染。因此，本發明研究將紅藻渣用於製備生物活性炭，並用作環保材料去除廢水中的重金屬等領域，克服了其他研究的弊端，為有效解決紅藻渣資源的合理利用提供了一種新的方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種利用紅藻渣硫酸炭化製備生物活性炭的方法及其應用。
本發明所採取的技術方案是：
一種紅藻渣炭化製備生物活性炭的方法，包括以下製備步驟：
1）清洗紅藻渣，乾燥後粉碎；
2）用濃硫酸處理步驟1）所得的產物，乾燥後粉碎即可。
所述的紅藻渣為石花菜。
步驟1）中，所述的乾燥溫度為323~343K，乾燥後紅藻渣的含水量為5~10%。
步驟1）中，所述的粉碎目數為80~120目。
步驟2）中，步驟1）所得的產物與濃硫酸的用量比為1g:（5~7）mL。
步驟2）中，所述的濃硫酸處理條件為：溫度363~373K，時間20~28h。
步驟2）中，所述的濃硫酸中H2SO4 的質量分數為70~96%。
步驟2）中，所述的乾燥溫度為323~343K，乾燥時間為2~4h，粉碎目數為100~150目。
所述的一種紅藻渣炭化製備的生物活性炭在廢水處理中的應用。
所述的廢水為含鉛廢水。
本發明的有益效果是：本發明能高效處置大量紅藻渣，資源利用率高，工藝流程簡單高效，可降低製備生物活性炭材料的成本，且經濟實用、綠色環保，所製得的生物活性炭對鉛的吸附性能優良，具有良好的工業前景和社會效益。本發明方法適用範圍廣泛，各種藻類的生產廢渣都可以使用本方法來處理。
附圖說明
附圖1是實施例製得的生物活性炭的掃描電鏡圖；
附圖2是實施例在不同pH條件下吸附鉛離子的效果圖。
具體實施方式
一種紅藻渣炭化製備生物活性炭的方法，包括以下製備步驟：
1）清洗紅藻渣，乾燥後粉碎；
2）用濃硫酸處理步驟1）所得的產物，乾燥後粉碎即可。
優選的，所述的紅藻渣為石花菜。
優選的，步驟1）中，所述的乾燥溫度為323~343K，乾燥後紅藻渣的含水量為5~10%。
優選的，步驟1）中，所述的粉碎目數為80~120目；進一步優選的，步驟1）中，所述的粉碎目數為100目。
優選的，步驟2）中，步驟1）所得的產物與濃硫酸的用量比為1g:（5~7）mL；進一步優選的，步驟2）中，步驟1）所得的產物與濃硫酸的用量比為1g:6mL。
優選的，步驟2）中，所述的濃硫酸處理條件為：溫度363~373K，時間20~28h；進一步優選的，步驟2）中，所述的濃硫酸處理條件為：溫度370~373K，時間23~25h。
優選的，步驟2）中，所述的濃硫酸中H2SO4 的質量分數為70~96%。
進一步來說，步驟2）中，濃硫酸處理步驟1）所得的產物後，經過濾後用鹼中和，使pH呈中性後再進行乾燥、粉碎。
優選的，步驟2）中，所述的鹼為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉中的一種；再進一步優選的，所述的鹼為碳酸氫鈉。
優選的，步驟2）中，所述的乾燥溫度為323~343K，乾燥時間為2~4h，粉碎目數為100~150目；進一步優選的，步驟2）中，所述的乾燥溫度為328~338K，乾燥時間為2.5~3.5h，粉碎目數為100~150目。
所述的一種紅藻渣炭化製備的生物活性炭在廢水處理中的應用。
優選的，所述的廢水為含鉛廢水。
以下通過具體的實施例對本發明的內容作進一步詳細的說明。
實施例：
1、吸附材料的製備
A、首先用自來水把紅藻石花菜殘渣（Gelidiaceae）洗淨，然後用蒸餾水清洗多次，以去除沙子和其他雜質。然後將清洗後的材料放置於溫度為333K環境中乾燥12h，乾燥後紅藻渣的含水量為8%，最後粉碎至100目大小，所製得的產物簡稱為GB( Gelidiaceae Biomass)。
B、取上述的GB 5g，與30ml的96% H2SO4混合，在373K環境下攪拌24h。產品過濾後，用碳酸氫鈉溶液中和，用蒸餾水水溶性成分洗淨，直到pH值呈中性。接著在333K的環境中乾燥3h，最後粉碎為直徑為100~150 目，所製得的吸附劑簡稱為GBS( Gelidiaceae Biomass modifiedby Sulfuric acid)。
附圖1為本發明利用紅藻渣製備的生物活性炭（GBS）的掃描電鏡圖。從圖中可見，活性炭表面分布著豐富的大小不一的孔徑，有效的提高了材料的比表面積，增加了吸附性能。
2、應用
A、分別取20mL的60mg/L鉛離子溶液於1~6號試管，分別調節pH為2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，5.5，分別加入12mgGB，振蕩4h後離心，測上清液測定鉛離子的濃度。
B、分別取20mL的60mg/L鉛離子溶液於1~6號試管，分別調節pH為2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，5.5，分別加入12mg GBS，振蕩4h後離心，測上清液測定鉛離子的濃度。
GB和GBS在不同pH條件下的吸附鉛離子的效果如附圖2所示。可見，隨著pH的增大，GB和GBS的吸附量呈增加並趨於穩定的趨勢。在同等pH的條件下，GBS的吸附量比GB的都大。例如在pH為5.0時，GB的吸附量為41.9mg/g，而GBS對鉛的吸附量則提高至55.7mg/g，吸附效果提升了32.9%。所以，通過本發明的硫酸改性，可以提高紅藻製備所得的生物活性炭的吸附性能。