CN110142024A - 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用 - Google Patents

一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110142024A
CN110142024A CN201910407073.5A CN201910407073A CN110142024A CN 110142024 A CN110142024 A CN 110142024A CN 201910407073 A CN201910407073 A CN 201910407073A CN 110142024 A CN110142024 A CN 110142024A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
powder
temperature
doping
carbon materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910407073.5A
Other languages
English (en)
Inventor
严凯
李瑞琪
仇荣亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
National Sun Yat Sen University
Original Assignee
National Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Sun Yat Sen University filed Critical National Sun Yat Sen University
Priority to CN201910407073.5A priority Critical patent/CN110142024A/zh
Publication of CN110142024A publication Critical patent/CN110142024A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用。以来源广泛的山竹皮、柠檬皮、西瓜皮、香蕉皮等生物质为原料，通过模板法和水热法制备出的材料能高效脱除水中重金属。包括以下步骤：1）将果皮洗净烘干粉碎，依次加入溶有氮源的水溶液和溶有模板剂的乙醇溶液，超声后搅拌；2）将溶液转移至水热反应釜中加热至140℃保持6 h，取出后冷却并真空干燥；3）将固体研磨成粉，再在氮气氛围下以2~10℃/min的升温速率升温至400~700℃保持2 h，随后冷却至室温；4）将样品用乙醇和水分别清洗3次，真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料。该材料制备周期短，过程简便，用于吸附水中的铅(Pb[II])、铜(Cu[II])、铬(Cr[VI])、镉(Cd[II])等重金属，吸附效率高，可重复使用。

Description

一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用
技术领域
本发明属于环境材料技术领域和生物质资源化领域，具体涉及一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其在吸附重金属方面的应用。
背景技术
作为工业大国，我国每年的工业废水排放量达到200亿吨以上，其中很多行的废水中都含有重金属离子，如电镀废水中含有大量的Cd(II)、Pb(II)等重金属；制革工业中，鞣制阶段的废水中含有大量的Cr(VI)；酸性矿山废水中含有较多的重金属Cu(II)。这些重金属废水若不加处理，会危害水中生态，并依靠地球的生态循环进入土壤、大气，最终危害人类的健康。重金属对人体危害极大，它几乎不可降解，可以在体内富集，极微量的重金属就能对动植物和人体造成无法逆转的伤害。目前国内外的重金属废水处理方法主要包括化学沉淀法、螯合沉淀(絮凝)法、离子交换法和电化学法等，每种方法都存在一定的缺点。化学沉淀法和螯合沉淀法需要投加过量的药剂，虽去除了重金属，但会带来新的污染问题；离子交换法需要昂贵的离子交换柱，而电化学法需要的运行成本较高。因此，研究废水中的重金属处理方法具有重要意义。
生物质资源十分庞大，常见的包括秸秆、果皮等农林废弃物，也有动物粪便、沉积物和污泥等等。这类资源产量大，但长久以来，人类都未给予足够的重视。事实上，现阶段大多数生物质资源都没有被有效利用，或是采取直接焚烧这种较为低效的利用手段。我国农林生产的植物类废弃物的产量高达20亿t，但利用效率不足30%。大多数农林废弃生物质资源含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，在高温热解的条件下能产生孔道结构，有吸附水体重金属的潜力。究其关键的制备技术，存在热解造孔速度过快且不均匀的劣势，直接高温热解得到的材料不能很有效的调控其结构，进而影响了对重金属的吸附效果。所以，做到有效调控制备多孔炭材料，使生物质高效资源化仍是一个现实存在的挑战。
发明内容
鉴于以上重金属污染和生物质固废高效资源化问题，本发明针对水体中的铅、铜、铬、镉等重金属，旨在提供一种生物质固废高效资源化的利用方法，同时解决重金属污染问题。
本发明的主要目的在于提供一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用。本发明以模板剂作为结构引导，经过水热热解处理形成多孔的微观结构，极大地提高材料的比表面积，赋予其吸附重金属离子的能力。氮掺杂后材料表面产生的含氮官能团与重金属离子产生静电作用和配位作用，极大地增强了材料的吸附能力
本发明首次提出模板法和水热热解法结合制备氮掺杂的多孔生物质炭材料，并且能够高效去除水体中的多种重金属离子。所述方法成本低廉，操作简便，制备出的材料吸附效果优越，具有较强的工业化应用前景，具体包括以下步骤：
（1）先将果皮（如山竹皮、柠檬皮、西瓜皮、榴莲壳、荔枝核和甘蔗渣）烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有氮源（尿素或乙二胺，0.2~0.5 g）的水溶液，5 mL溶有模板剂（P123或CTAB，0.02~0.05 g）的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以2~10℃/min的升温速率升温至400~700℃，保持2 h，随后冷却至室温，
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料。
将本技术发明的生物炭材料投加进含有重金属离子的水溶液中，在机械搅拌的作用下促进其吸附过程，调节pH、温度，具体包括以下步骤：
（5）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH（2.0~8.0）后转移至50 mL锥形瓶中。
（6）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中（温度为15、25或35℃），200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
分离后的材料再次利用，循环吸附，其包括以下步骤：
（7）将过滤出的材料投加到1 mol/L的HNO3 溶液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附。
（8）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH（与初次吸附实验的溶液pH一致）后转移至50 mL锥形瓶中。
（9）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
（1）制备的氮掺杂多孔生物质炭材料具有快速、高效的吸附性能。
（2）本发明的原料是废弃农林固体生物质，来源广泛成本低廉，制备方法简单，具有良好的工业应用前景。
（3）所制备的氮掺杂多孔生物质炭材料经脱附处理后可以多次循环使用。
（4）制备的氮掺杂多孔生物质炭材料易降解，方便处理，不易产生二次污染。
（5）本发明同时解决了水体中重金属脱除和生物质资源高效利用两大环境问题。
附图说明
图1是本发明的制备氮掺杂多孔生物炭材料流程示意图
其中，1、采取的果皮，2、预处理过程（清洗、干燥、破碎），3、植物体粉末，4、含模板剂的乙醇溶液，5、含氮源的水溶液，6、混合搅拌，7、水热热解，8、高温热解，9、生物质炭材料。
图2、图3和图4分别为实施例1、2和3中制备得到的生物质炭材料的扫描电镜图。
图5为实施例3中制备得到的生物质炭材料的透射电镜图。
图6为实施例7中MPC-0.2U-0.02P-2400材料吸附Pb(II)时吸附容量随时间的变化点线图。
图7为实施例8中首次吸附了Pb(II)的MPC-0.2U-0.02P-2400材料其吸附Pb(II)容量随循环媳妇次数的变化柱状图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明做进一步阐明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为实例，而不能以此限制本发明的保护范围。
下述实施例中用到的实验材料，如无特殊说明，均可从商业渠道获得。
实施例1：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
（1）先将山竹皮烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.2 g尿素的水溶液，5 mL溶有0.02 g P123的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以2℃/min的升温速率升温至400℃，保持2 h，随后冷却至室温，
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料MPC-0.2U-0.02P-2400。
实施例2：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）先将柠檬皮烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.5 g尿素的水溶液，5 mL0.05 g P123的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以5℃/min的升温速率升温至400℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料LPC-0.5U-0.05P-5400。
实施例3：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）先将西瓜皮烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.5 g乙二胺的水溶液，5 mL溶有0.02 CTAB的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以10℃/min的升温速率升温至700℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料WPC-0.5E-0.02C-10700。
实施例4：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）先将榴莲壳烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.2 g乙二胺的水溶液，5 mL0.05 g P123的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以8℃/min的升温速率升温至500℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料DPC-0.2E-0.05P-8500。
实施例5：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）将香蕉皮烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.3 g尿素的水溶液，5 mL溶有0.05 CTAB的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以2℃/min的升温速率升温至500℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料BPC-0.3U-0.05C-2500。
实施例6：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）将甘蔗渣烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.3 g尿素的水溶液，5 mL溶有0.03 CTAB的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以2℃/min的升温速率升温至700℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料SPC-0.3U-0.03C-2700
实施例7：本实例提供一种吸附重金属的氮掺杂多孔生物质炭材料的制备方法
其包括以下步骤：
（1）将花生壳烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有0.5 g尿素的水溶液，5 mL溶有0.03 CTAB的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h。
（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理140℃并保持6 h。取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥。
（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以5℃/min的升温速率升温至500℃，保持2 h，随后冷却至室温。
（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料PPC-0.5U-0.03C-5500
实施例8：本实例提供采用实施例1中的MPC-0.2U-0.02P-2400材料对水中Pb(II)进行首次吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L 的Pb(II)溶液，调节其pH=2.0后转移至50mL锥形瓶中。
（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入15℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。实验仅需20 min就达到平衡，计算得到的平衡吸附量为112 mg/g，吸附率为89.6%。
实施例9：本实例提供采用实施例8中首次吸附了Pb(II)的MPC-0.2U-0.02P-2400材料对水中Pb(II)循环吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）将实施例8中首次吸附了Pb(II)的MPC-0.2U-0.02P-2400材料投加到1 mol/L的HNO3溶液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附。
（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L的Pb(II)溶液，调节其pH=2.0后转移至50 mL锥形瓶中。
（3）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入15℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
以此类推，完成实施例1中LPC-0.5U-0.05P-5400材料的第三、第四和第五次吸附。经5次循环吸附，吸附量依然达到97.2 mg/g。
实施例10：本实例提供采用实施例2中的LPC-0.5U-0.05P-5400材料对水中Cu(II)进行首次吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L 的Cu(II)溶液，调节其pH=4.0后转移至50mL锥形瓶中。
（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入25℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。实验仅需15 min就达到平衡，计算得到的平衡吸附量为119.9 mg/g，吸附率为95.9%。
实施例11：本实例提供采用实施例10中首次吸附了Cu(II)的LPC-0.5U-0.05P-5400材料对水中Cu(II)循环吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）将实施例10中首次吸附了Cu(II)的LPC-0.5U-0.05P-5400材料投加到1 mol/L的HNO3溶液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附。
（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L的Cu(II)溶液，调节其pH=4.0后转移至50 mL锥形瓶中。
（3）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入25℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
以此类推，完成实施例2中LPC-0.5U-0.05P-5400材料的第三、第四和第五次吸附。经5次循环吸附，吸附量依然达到108.3 mg/g。
实施例12：本实例提供采用实施例3中的WPC-0.5E-0.02C-10700材料对水中Cr(VI)进行首次吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L 的Cr(VI)溶液，调节其pH=2.0后转移至50mL锥形瓶中。
（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入35℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。实验仅需25 min就达到平衡，计算得到的平衡吸附量为98.3 mg/g，吸附率为78.6%。
实施例13：本实例提供采用实施例12中首次吸附了Cr(VI)的WPC-0.5E-0.02C-10700材料对水中Cr(VI)循环吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）将实施例12中首次吸附了Cr(VI)的WPC-0.5E-0.02C-10700材料投加到1 mol/L的HNO3溶液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附。
（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L的Cr(VI)溶液，调节其pH=2.0后转移至50 mL锥形瓶中。
（3）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入35℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
以此类推，完成实施例3中WPC-0.5E-0.02C-10700材料的第三、第四和第五次吸附。经5次循环吸附，吸附量依然达到75.7 mg/g。
实施例14：本实例提供采用实施例5中的BPC-0.3U-0.05C-2500材料对水中Cd(II)进行首次吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L 的Cr(VI)溶液，调节其pH=6.0后转移至50mL锥形瓶中。
（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入25℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。实验仅需20 min就达到平衡，计算得到的平衡吸附量为110.1 mg/g，吸附率为88.1%。
实施例15：本实例提供采用实施例14中首次吸附了Cd(II)的BPC-0.3U-0.05C-2500材料对水中Cd(II)循环吸附的方法
其包括以下步骤：
（1）将实施例14中首次吸附了Cd(II)的WPC-0.5E-0.02C-10700材料投加到1 mol/L的HNO3溶液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附。
（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L的Cd(II)溶液，调节其pH=6.0后转移至50 mL锥形瓶中。
（3）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入25℃恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
以此类推，完成实施例5中BPC-0.3U-0.05C-2500材料的第三、第四和第五次吸附。经5次循环吸附，吸附量依然达到89.5 mg/g。

Claims (13)

1.一种利用废弃生物质制备高重金属吸附性能的氮掺杂多孔生物炭材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）先将果皮（如山竹皮、柠檬皮、西瓜皮、香蕉皮、榴莲壳、花生壳、荔枝核和甘蔗渣）烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有氮源（尿素或乙二胺）的水溶液，5 mL溶有聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)或溴化十六烷基三甲铵(CTAB)模板剂（0.02~0.05 g）的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h；（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理并保持一定时间，取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥；（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以一定的的升温速率升温至400~700℃，保持2 h，随后冷却至室温；（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料。
2.将本技术发明的生物质炭材料用于吸附水体中的多种重金属，其包括以下步骤：
（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH后转移至50 mL锥形瓶中；（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中（温度为15、25或35℃），200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
3.分离后的材料需要经过解吸和再吸附来考察其循环利用效果，其包括以下步骤：
（1）将过滤出的材料投加到解吸液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附；（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH（与初次吸附实验的溶液pH一致）后转移至50 mL锥形瓶中；（3）准确称取10 mg材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中氮源的质量为0.2~0.5 g。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中模板剂的质量为0.02~0.05 g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）的水热反应温度为120~180℃，时间4~12 h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中升温速率为2~10℃/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中热解温度为400~700℃。
9.根据权利要求1-6中任一项的方法得到的一种氮掺杂多孔生物质炭材料。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中调节溶液的pH为2.0~8.0。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中恒温摇床的设置温度为15、25或35℃不等，但不限于此温度。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中的解吸剂为1 mol/L的HNO3溶液或2 mol/L Na2CO3溶液。
13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）中溶液的pH与初次吸附实验的溶液pH一致。
CN201910407073.5A 2019-05-15 2019-05-15 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用 Pending CN110142024A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910407073.5A CN110142024A (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910407073.5A CN110142024A (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110142024A true CN110142024A (zh) 2019-08-20

Family

ID=67595404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910407073.5A Pending CN110142024A (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110142024A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111054311A (zh) * 2020-01-07 2020-04-24 扬州工业职业技术学院 一种白云石、苹果酸改性核桃皮滤料生物炭的制备方法及其在污水处理中的应用
CN111057568A (zh) * 2019-12-25 2020-04-24 华南理工大学 一种提高木质素热解油得率的方法及其应用
CN113023835A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 北京工业大学 一种基于污泥基生物质炭的电芬顿阴极材料的制备方法及其产品和应用
CN113577981A (zh) * 2021-08-11 2021-11-02 浙江大学 含氧微孔活性炭及其制备和在选择性吸附乙烷中的应用
CN113663651A (zh) * 2021-09-06 2021-11-19 武汉科技大学 一种榴莲壳壳聚糖磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用
CN113694890A (zh) * 2021-08-16 2021-11-26 厦门大学 一种棉基活性炭纤维的制备方法及其应用
CN115178224A (zh) * 2022-05-06 2022-10-14 河南工程学院 一种氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜及其制备方法和应用
CN115624955A (zh) * 2022-10-25 2023-01-20 广州怀特远科技有限公司 一种生物炭土壤重金属修复剂及其制备方法
CN115624955B (zh) * 2022-10-25 2024-05-28 李智强 一种生物炭土壤重金属修复剂及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103406096A (zh) * 2013-07-17 2013-11-27 国家纳米科学中心 一种氮掺杂多孔炭材料、制备方法及其用途
CN103537262A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 陕西师范大学 一种氮掺杂多级孔碳材料的制备方法
CN104085878A (zh) * 2014-07-01 2014-10-08 浙江大学 表面功能化的有序介孔掺氮炭材料的制备方法及产品
CN104909351A (zh) * 2015-06-02 2015-09-16 上海应用技术学院 一种氮掺杂介孔碳球纳米材料及其制备方法
RS20150693A1 (sr) * 2015-10-27 2017-04-28 Univerzitet U Beogradu - Fakultet Za Fizičku Hemiju Uklanjanje organofosfatnih pesticida iz vode primenom uređenih mezoporoznih ugljenika dopiranih sa borom, azotom i fosforom i filter za vodu koji koristi ove materijale za uklanjanje organofosfatnih pesticida iz pijaće vode
CN109012589A (zh) * 2018-08-23 2018-12-18 中山大学 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法
CN109012565A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 华南理工大学 一种掺氮的磁性碳材料吸附去除废水中重金属离子的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103406096A (zh) * 2013-07-17 2013-11-27 国家纳米科学中心 一种氮掺杂多孔炭材料、制备方法及其用途
CN103537262A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 陕西师范大学 一种氮掺杂多级孔碳材料的制备方法
CN104085878A (zh) * 2014-07-01 2014-10-08 浙江大学 表面功能化的有序介孔掺氮炭材料的制备方法及产品
CN104909351A (zh) * 2015-06-02 2015-09-16 上海应用技术学院 一种氮掺杂介孔碳球纳米材料及其制备方法
RS20150693A1 (sr) * 2015-10-27 2017-04-28 Univerzitet U Beogradu - Fakultet Za Fizičku Hemiju Uklanjanje organofosfatnih pesticida iz vode primenom uređenih mezoporoznih ugljenika dopiranih sa borom, azotom i fosforom i filter za vodu koji koristi ove materijale za uklanjanje organofosfatnih pesticida iz pijaće vode
CN109012565A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 华南理工大学 一种掺氮的磁性碳材料吸附去除废水中重金属离子的方法
CN109012589A (zh) * 2018-08-23 2018-12-18 中山大学 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陆永生等: "《环境工程专业实验教程》", 31 March 2019, 《上海大学出版社》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111057568A (zh) * 2019-12-25 2020-04-24 华南理工大学 一种提高木质素热解油得率的方法及其应用
CN111057568B (zh) * 2019-12-25 2020-12-22 华南理工大学 一种提高木质素热解油得率的方法及其应用
CN111054311A (zh) * 2020-01-07 2020-04-24 扬州工业职业技术学院 一种白云石、苹果酸改性核桃皮滤料生物炭的制备方法及其在污水处理中的应用
CN113023835A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 北京工业大学 一种基于污泥基生物质炭的电芬顿阴极材料的制备方法及其产品和应用
CN113577981A (zh) * 2021-08-11 2021-11-02 浙江大学 含氧微孔活性炭及其制备和在选择性吸附乙烷中的应用
CN113694890A (zh) * 2021-08-16 2021-11-26 厦门大学 一种棉基活性炭纤维的制备方法及其应用
CN113663651A (zh) * 2021-09-06 2021-11-19 武汉科技大学 一种榴莲壳壳聚糖磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用
CN115178224A (zh) * 2022-05-06 2022-10-14 河南工程学院 一种氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜及其制备方法和应用
CN115624955A (zh) * 2022-10-25 2023-01-20 广州怀特远科技有限公司 一种生物炭土壤重金属修复剂及其制备方法
CN115624955B (zh) * 2022-10-25 2024-05-28 李智强 一种生物炭土壤重金属修复剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110142024A (zh) 一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用
CN101134684B (zh) 一种餐厨垃圾两相厌氧发酵产氢产甲烷的方法
CN105921110A (zh) 一种牛粪生物炭的制备方法及其应用
CN105170091A (zh) 铁改性芦苇生物炭的制备及其在处理含磷废水上的应用
CN101891188B (zh) 一种利用蓝藻藻渣制备纳米活性碳球的方法
CN107252676A (zh) 一种污泥、餐厨垃圾生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法
CN107262039B (zh) 一种高分子生物炭球固定化微藻复合吸附剂及其制备与应用
CN102614851B (zh) 坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备及在处理印染废水中的应用
CN104368306A (zh) 一种用于重金属污染土壤修复的类生物炭的制备方法
CN103992010B (zh) 一种酒糟与酿酒废水联合处理工艺
CN101649247B (zh) 水葫芦水热液化制备液体燃料的方法
CN105771898A (zh) 利用水生植物废弃物与赤铁矿制备改性生物炭的方法
CN104445513A (zh) 一种吸附餐厨废水中油脂的秸秆处理方法
CN104857914A (zh) 一种改性鸡粪制备纳米钛酸盐吸附剂的方法
CN104084128A (zh) 用于废水处理的利用餐厨垃圾废渣改性污泥活性炭
CN106186249B (zh) 一种微纳米硫化铁/多孔碳复合材料及其制备和海藻生物质应用
CN110639471B (zh) 一种球磨氧化-巯基化改性生物炭及其制备方法和应用
CN106732428A (zh) 一种饮用水重金属深度去除的吸附冲泡剂
CN113617792B (zh) 一种水热炭化技术处理厨余垃圾的方法
CN112028071B (zh) 一种废弃芒果核生物炭及其制备方法
CN206089492U (zh) 一种污泥‑生物炭有机复合肥制备***
CN108840748A (zh) 基于废弃酒糟、餐厨垃圾的土壤生物有机肥的制备方法
CN109250882A (zh) 一种畜禽废弃物重金属脱除的方法
CN102600801B (zh) 马铃薯废渣/坡缕石复合吸附剂的制备及在处理马铃薯淀粉加工废水中的应用
CN109603768B (zh) 一种经济可再生的沼渣基重金属吸附剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190820