CN103990433A - 一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳，它是以夏威夷果壳、高粱秸秆为原料，经厌氧热解制备的高吸附性能生物炭；所述夏威夷果壳、高粱秸秆先粉碎过筛，并按一定质量比混合均匀，加入稀盐酸溶液浸泡24h，再加入硝酸铯溶液混匀密封静置12h，自然风干。将自然风干后的生物质高温厌氧热解制备生物碳。利用本发明生物炭可有效降低水中铅、铬、锌、铜含量，可使水中铅、铬、锌、铜的最高去除率达到87.2%、90.2%、83.9%和89.2%。

Description

一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳及其制备方法
技术领域
本发明涉及农业有机废弃物资源化利用领域和污染环境治理领域，尤其涉及一种对重金属离子高吸附性能生物碳及其制备方法。
背景技术
生物炭是生物质材料在缺氧或限氧条件下热解，去除生物质中的油和气后剩下的固体物质。生物碳具有优异的吸附性能，能直接吸附废水中的污染物质；施用土壤后还可以改善土壤理化性质、减少养分流失、促进作物生长、吸附固定土壤污染物质，并能起到土壤碳库增汇减排的作用。因此，生物炭已成为近年来环境和农业科学领域的研究热点之一。现有生物碳制备中，多以单一原料制备生物碳，以混合物料制备生物碳的研究较少，尤其缺乏有目的性对生物质进行优化组合制备高吸附性能生物碳的研究。
发明内容
本发明的另一目的在于提供上述高吸附性能生物碳的制备方法。
本发明的又一目的在于提供上述高吸附性能生物碳的使用方法。
本发明的目的技术方案如下：
一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳制备方法如下，包括以下步骤：
（1）将收集的夏威夷果壳、高粱秸秆粉碎过筛；
（2）将上述粉碎后的生物质按一定比例混匀，加入稀盐酸搅拌混匀，密封静置24h，再加入硝酸铯溶液混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子进行厌氧热解；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备的生物碳与一定浓度的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
为提高制备生物碳的吸附性能，所述生物质原料为混合生物质，选用夏威夷果壳、高粱秸秆。
为进一步提高制备生物碳的吸附性能，对上述生物质原料配比进行了筛选，所述夏威夷果壳、高粱秸秆质量比例为1～10：1，进一步优选为3：1。
为确保热解时的缺氧环境以及热解效果，所述生物质原料粉碎粒径为20～100目。
所述稀盐酸浓度为0.5-2.5mol/L，硝酸铯溶液浓度为0.05-1.5mol/L。
所述生物质热解温度400～700℃，热解时间60-300min，升温速度为5-15℃/min。
所述H2O2浓度为1～10%。
本发明具有如下的有益效果：
本发明利用多种废弃生物质混合热解制备对重金属离子具有较高吸附性能的生物碳，可进一步促进废弃物质的资源化利用，实现以废治废的目的。将多种生物质混合制备生物碳，可确保制备的生物碳的吸附性能，提高生物碳的净化效果。制备的生物碳对水中铅、铬、锌、铜的最高去除率可达87.2%、90.2%、83.9%和89.2%。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
   一、一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳，按如下步骤制得：
1、生物质原料预处理
将收集的夏威夷果壳、高粱秸秆粉碎过筛80目筛。
2、制备方法
（1）将上述粉碎后的夏威夷果壳、高粱秸秆按质量1：1比例混匀，加入1.5mol/L的盐酸溶液搅拌均匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液5ml混匀，密封静置12h，自然风干。
（2）将上述处理过的生物质原料置于瓷坩埚中压实，盖上盖子，在500℃条件下热解120min，热解升温速度为10℃/min。热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（3）将上述制备的生物碳与浓度为1.0mol/L的H2O2混匀，在振荡器中以400r/min速度震荡24h取出，用蒸馏水洗净烘干，即获得高吸附性能生物碳。
二、将上述制得的生物碳净化处理重金属废水
取100mL自制重金属废水于250ml烧杯中，制备的生物碳，在20℃条件下以200r/min震荡3h，取出以4000r/min离心20min，测定水中重金属含量，通过计算即可得出生物碳对废水中重金属的去除率。
三、实验结果
1、对铅的去除
生物碳投加量1.5001g，铅浓度，铅的去除率83.2%。
2、对铬的去除
生物碳投加量1.5008g，铬浓度，铅的去除率84.7%。
3、对锌的去除
生物碳投加量1.5011g，锌浓度，锌的去除率81.8%。
4、对铜的去除
生物碳投加量1.5002g，铜浓度，铜的去除率84.9%。
实施例2
   一、一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳，按如下步骤制得：
1、生物质原料预处理：将收集的夏威夷果壳、高粱秸秆粉碎过筛80目筛。
2、制备方法
（1）将上述粉碎后的夏威夷果壳、高粱秸秆按质量比3：1比例混匀，加入1.5mol/L的盐酸溶液搅拌均匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液5ml混匀，密封静置12h，自然风干。
（2）将上述处理过的生物质原料置于瓷坩埚中压实，盖上盖子，在500℃条件下热解120min，热解升温速度为10℃/min。热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（3）将上述制备的生物碳与浓度为1.0mol/L的H2O2混匀，在振荡器中以400r/min速度震荡24h取出，用蒸馏水洗净烘干，即获得高吸附性能生物碳。
二、将上述制得的生物碳净化处理重金属废水
取100mL自制重金属废水于250ml烧杯中，制备的生物碳，在20℃条件下以200r/min震荡3h，取出以4000r/min离心20min，测定水中重金属含量，通过计算即可得出生物碳对废水中重金属的去除率。
三、实验结果
1、对铅的去除
生物碳投加量1.5026g，对水中铅的去除率达85.1%。
2、对铬的去除
生物碳投加量1.5019g，对水中铬的去除率达90.2%。。
3、对锌的去除
生物碳投加量1.5007g，对水中锌的去除率达83.9%。
4、对铜的去除
生物碳投加量1.5231g，对水中铜的去除率达85.1%。
实施例3
   一、一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳，按如下步骤制得：
1、生物质原料预处理：将收集的夏威夷果壳、高粱秸秆粉碎过筛80目筛。
2、制备方法
（1）将上述粉碎后的夏威夷果壳、高粱秸秆按质量1：1比例混匀，加入1.5mol/L的盐酸溶液搅拌均匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液5ml混匀，密封静置12h，自然风干。
（2）将上述处理过的生物质原料置于瓷坩埚中压实，盖上盖子，在500℃条件下热解120min，热解升温速度为10℃/min。热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（3）将上述制备的生物碳与浓度为1.0mol/L的H2O2混匀，在振荡器中以400r/min速度震荡24h取出，用蒸馏水洗净烘干，即获得高吸附性能生物碳。
二、将上述制得的生物碳净化处理重金属废水
取100mL自制重金属废水于250ml烧杯中，制备的生物碳，在20℃条件下以200r/min震荡3h，取出以4000r/min离心20min，测定水中重金属含量，通过计算即可得出生物碳对废水中重金属的去除率。
三、实验结果
1、对铅的去除
生物碳投加量1.5008g，对水中铅的去除率达83.9%。
2、对铬的去除
生物碳投加量1.5102g，对水中铬的去除率达86.3%。
3、对锌的去除
生物碳投加量1.5014g，对水中锌的去除率达81.9%。
4、对铜的去除
生物碳投加量1.5009g，对水中铜的去除率达89.2%。

Claims (5)

1.一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳制备方法如下，包括以下步骤：
（1）将收集的生物质自然风干，去除泥沙等非生物质后粉碎过筛；
（2）将上述粉碎后的生物质按一定比例混匀，加入稀盐酸搅拌混匀，密封静置24h，再加入硝酸铯溶液混匀密封静置12h，自然风干；
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子进行厌氧热解；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出；
（4）将上述制备的生物碳与一定浓度的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物质为夏威夷果壳、高粱秸秆，且夏威夷果壳、高粱秸秆混合质量比为1～10：1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所选用生物质需先粉碎过20-100目筛，再按一定质量比混合，加入稀盐酸（0.5-2.5mol/L）浸泡24h，再加入硝酸铯溶液（0.05-1.5mol/L）混匀，密封静置12h，自然风干。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：生物质热解温度400～700℃，热解时间60-300min，升温速度为5-15℃/min。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：H2O2浓度为1～10%。
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