CN113041997A - 一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属生物炭技术领域领域，公开了一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用，其制备方方法包括：1)将榕树枝清洗干净，烘干，粉碎，过筛备用，得到榕树枝的生物质粉末；2)取生物质粉末，加入氮源和去离子水，搅拌混合，烘干，所得样品在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得氮改性生物炭；3)取氮改性生物炭，与金属盐的水溶液充分混合，烘干，所得样品在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得改性磁性生物炭。本发明的改性磁性生物炭对于抗生素废水处理有特别优良的效果，且使用后的改性磁性生物炭可以通过外加磁场回收再利用。制备过程简单、环保、经济，符合可持续发展的要求，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于生物炭技术领域，具体涉及一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用。
背景技术
生物炭又称生物质炭，是生物质原料在低氧或无氧条件下密闭环境中热化学分解产生的多孔碳质材料。生物炭是一种富含碳的多孔材料，具有高的碳含量和芳香性的结构、较大的比表面积、丰富的孔隙结构和表面活性基团，能够有效去除水中重金属和有机污染物。此外，生物炭的主要性质与其制备原料及条件密切相关，不同的原料衍生出的生物炭性质各异，同一原料衍生的生物炭也因其制备条件不同而具有不同特性。近年来，越来越多的研究表明生物炭表面富含的大量活性基团，在促进电子迁移和催化等方面起着重要作用，通过强化生物反应之间的电子转移或者催化氧化能够实现污染物的高效降解。但是，在利用生物炭处理废水时，仍存在纯生物炭活性低、使用后的材料难回收、难再生等问题，尤其是抗生素废水的处理，也亟需得到有效控制。
发明内容
本发明提出一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种改性磁性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)将榕树枝清洗干净，烘干，粉碎，过筛备用，得到榕树枝的生物质粉末；
2)取步骤1)所得的生物质粉末，加入氮源和去离子水，搅拌混合，烘干，得到样品A，然后惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得氮改性生物炭；
3)取步骤2)所得氮改性生物炭，与金属盐的水溶液充分混合，烘干，得到样品B，然后在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得改性磁性生物炭。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)中，所述烘干的温度为50～80℃，所述烘干的时长为10～20h。
作为上述方案的进一步改进，所述氮源选自三聚氰胺、尿素或双氰胺中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述金属盐选自金属的硝酸盐、金属的硫酸盐或金属的氯盐中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述金属的硝酸盐与生物炭的质量比为10：(1～5)。在该配比下所得的改性磁性生物炭，既能有效避免金属氧化物之间发生团聚现象，又能加快电子转移，进一步提升改性磁性生物炭对抗生素的去除能力。
作为上述方案的进一步改进，所述金属的硝酸盐为Ce(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合物；优选地，所述Ce(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的摩尔比为(1～4)：1。使改性磁性生物炭含有更多有利于活化PMS的金属氧化物种类，提高磁性生物炭的活化能力。
作为上述方案的进一步改进，热解的温度为300～800℃，升温速率为2～20℃/min，热解的时长1～2h；所述搅拌的时间为1h～5h，搅拌的速率为200rpm～1000rpm。
作为上述方案的进一步改进，所述惰性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种；惰性气体的流速为50～300mL/min。
一种改性磁性生物炭，由本发明任一项所述制备方法制得，且所述改性磁性生物炭在30min内对甲硝唑的去除率大于90％。
本发明任一项所述的制备方法制得的改性磁性生物炭在废水处理中的应用，尤其适应于抗生素废水的处理。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用，本发明所制备的改性磁性生物炭对于抗生素废水处理有特别优良的效果，以甲硝唑为例，将改性磁性生物炭投加到含甲硝唑溶液中，经氧化作用，甲硝唑被快速降解去除，使用后的改性磁性生物炭可以通过外加磁场回收再利用。因而，与现有技术相比，本发明制备生物炭的原材料方便易得、来源广泛，生物炭制备的过程同时实现了废物资源化；与未改性生物炭相比，改性后的磁性生物炭对抗生素的去除能力有明显提升，且容易回收再利用；此外，本发明的制备过程简单、环保、经济，符合可持续发展的要求，易于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1所得的CeFe2O5/N-BC和对比例1所得的CeFe2O5/BC分别对甲硝唑废水净化效率的性能对比图；
图2为生物炭负载金属氧化物前后的磁性对比图；
图3为生物炭改性前后的形貌对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只适用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或提取方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或提取方法。
实施例1
一种改性磁性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1)将榕树枝清洗干净，在70℃烘箱中烘干24h，用粉碎机粉碎，过筛，得到10目的榕树枝的生物质粉末；
2)将生物质粉末与尿素以1:4质量比，在去离子水溶液中混合，搅拌2h，混合，70℃烘箱中烘干，所得样品置于管式炉内，在氮气100mL/min的气氛下，以10℃/min的速率升至500℃，恒温热解2h，冷却至室温后清洗、烘干，再经研磨，用无水乙醇和去离子水洗涤，烘干后过50目筛，得氮改性生物炭，记为生物炭N-BC；
3)取步骤2)所得氮改性生物炭，按1:4的质量比与2.5mmol的Ce(NO3)3·6H2O和2.5mmol的Fe(NO3)3·9H2O在水溶液中混合，搅拌2h，置于烘箱中70℃烘干，置于管式炉内，在氮气100mL/min的气氛下，以10℃/min的速率升至500℃，恒温热解2h。冷却至室温，研磨，用无水乙醇和去离子水洗涤，烘干后过50目筛，得到磁性生物炭CeFe2O5/N-BC。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1未添加尿素。制备方法全过程为：
1)将榕树枝清洗干净，在70℃烘箱中烘干24h，用粉碎机粉碎，过筛，得到10目的榕树枝的生物质粉末；
2)将生物质粉末在去离子水溶液中混合，搅拌2h，混合，70℃烘箱中烘干，所得样品置于管式炉内，在氮气100mL/min的气氛下，以10℃/min的速率升至500℃，恒温热解2h，冷却至室温后清洗、烘干，再经研磨，用无水乙醇和去离子水洗涤，烘干后过50目筛，得未改性生物炭，记为生物炭BC；
3)取生物炭粉末按1:4的质量比与2.5mmol的Ce(NO3)3·6H2O和2.5mmol的Fe(NO3)3·9H2O在水溶液中混合，搅拌2h，置于烘箱中70℃烘干，置于管式炉内，在氮气100mL/min的气氛下，以10℃/min的速率升至500℃，恒温热解2h，冷却至室温，研磨，用无水乙醇和去离子水洗涤，烘干后过50目筛，得到磁性生物炭CeFe2O5/BC。
产品性能测试1
将实施例1和对比例1得到的生物炭BC和生物炭N-BC、CeFe2O5/BC和CeFe2O5/N-BC分别按0.5g/L的剂量投机到含10mg/g的甲硝唑废水中，在PMS(PMS(peroxymonosulfate)的中文名称是过一硫酸盐)浓度为1mM，反应温度为25℃条件下，得到图1(图1为实施例1所得的CeFe2O5/N-BC和对比例1所得的CeFe2O5/BC分别对甲硝唑废水净化效率的性能对比图，其纵坐标是甲硝唑的去除率)，由图1可以看出，在未加入催化剂之前，单独PMS对甲硝唑的降解率为33％，加入磁性生物炭复合材料后，甲硝唑的去除率明显提高，在30分钟内达到55％。此外，在对复合材料进行氮改性后，CeFe2O5/N-BC+PMS体系对甲硝唑的去除率高达83.7％。由此可以说明磁性生物炭复合材料对PMS有较好的活化能力，并且掺入N后有利于甲硝唑的降解。因而图1有效说明了，N的掺入有利于提高双金属负载后的磁性生物炭对甲硝唑的降解性能。同时，也可以明显看出，生物炭CeFe2O5/N-BC在30min内对甲硝唑的去除率大于90％，效果最优。
这主要是由于，在高温热解条件下，Ce(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O在经热解后所得的氧化物CeFe2O5能够有效活化PMS生成具有强氧化能力的活性基团，与此同时，N源的掺入能够生成有利于PMS活化的活性N物种，如吡啶氮和石墨氮等。掺入非金属N会占据碳基材料的活性位点，取代了原来的氧，使复合材料的电子向N聚集，从而让N成为了复合材料的活性位点。当活性位点遇到非对称的PMS后，会发生电子转移，产生大量的单线态氧、羟基自由基和硫酸根自由基等活性氧物种，进而降解水中污染物。N掺杂增加的石墨化氮可以通过非自由基途径激活PMS生成单线态氧提升降解效果，吡啶氮可以通过增强自由基途径激活PMS产生羟基自由基和硫酸根自由基提高反应速率。
同时，通过加入Ce(NO3)3·6H2O，可以促进Fe3+/Fe2+和Ce4+/Ce3+的氧化还原电子对的循环，使PMS氧化反应发生有效的电子传递过程，加速了硫酸根自由基(SO4 -·)的生成，可以有效提高有机物的降解效率。
产品性能测试2
将实施例1所得的经过双金属改性后的生物炭CeFe2O5/N-BC，与对比例1所得的未赋磁生物炭N-BC进行磁性对比，经拍照得到图2，如图2所示，右边的烧杯为未负载双金属氧化物前的生物炭，左边的烧杯为负载双金属氧化物后的生物炭，在磁力搅拌器搅拌30min后，生物炭材料仍均匀分散在溶液中，表明未负载双金属氧化物的生物炭不能被磁性搅拌子吸引，即不带磁性。相比较于未负载双金属氧化物的生物炭，在同等条件下，经磁力搅拌器搅拌后，绝大多数生物炭都被带磁性的搅拌子吸引，溶液呈澄清状态，即负载后的生物炭带磁性。由此可得双金属负载后的生物炭磁性明显增强。
图3为生物炭改性前后的扫描电镜图(SEM)，其中，a为生物炭改性前的扫描电镜图，b为生物炭改性后的扫描电镜图。如图3中的a所示，改性前的纯生物炭结构庞大，表面相对光滑。相比之下，改性后的CeFe2O5/N-BC的形貌发生了明显变化(如图3中的b所示)。CeFe2O5/N-BC呈现出非常明显的叠层和褶皱片状形貌，这可能是由于氮原子掺入石墨碳网络而形成丰富的缺陷所致，这可能是导致该材料有较好的催化性能的原因之一。此外，改性后材料表面出现不规则形状凸起，可能是热解过程中形成的金属氧化物附着在生物炭表面所致。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (10)
1.一种改性磁性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将榕树枝清洗干净，烘干，粉碎，过筛备用，得到榕树枝的生物质粉末；
2)取步骤1)所得的生物质粉末，加入氮源和去离子水，搅拌混合，烘干，得到样品A，然后在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得氮改性生物炭；
3)取步骤2)所得氮改性生物炭，与金属盐的水溶液充分混合，烘干，得到样品B，然后在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得改性磁性生物炭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述烘干的温度为50～80℃，烘干的时长为10～20h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮源选自三聚氰胺、尿素或双氰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐选自金属的硝酸盐、金属的硫酸盐或金属的氯盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐与氮改性生物炭的质量比为10：(1～5)。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属的硝酸盐为Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的混合物；优选地，所述Ce(NO3)3和Fe(NO3)3的摩尔比为(1～4)：1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解的温度为300～800℃，升温的速率为2～20℃/min，热解的时长1～2h；所述搅拌的时间为1h～5h，搅拌的速率为200rpm～1000rpm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种；惰性气体的流速为50～300mL/min。
9.一种改性磁性生物炭，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述制备方法制得，且所述改性磁性生物炭在30min内对甲硝唑的去除率大于90％。
10.权利要求9所述的改性磁性生物炭在废水处理中的应用。
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114433022A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-06 | 北京工商大学 | 一种源于甘蔗皮的金属改性活性炭吸附剂、制备方法及其应用 |
| CN114515577A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-20 | 长沙学院 | 铈掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN115738998A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-07 | 师大(清远)环境修复科技有限公司 | 一种氮掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN115738997A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-07 | 东北农业大学 | 铈-铁共改性亲水多孔生物炭的制备方法及其应用 |
| CN116237048A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-09 | 北京科技大学 | 一种基于轧钢酸洗废液的磁性氮化生物炭催化材料制备方法与应用 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104628211A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-20 | 四川大学 | 一种利用金属铈协同磁性氧化还原石墨烯催化激活过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法 |
| US20150295248A1 (en) * | 2011-06-15 | 2015-10-15 | Stc.Unm | Cathode catalysts for fuel cell application derived from polymer precursors |
| CN106565647A (zh) * | 2016-10-29 | 2017-04-19 | 华东理工大学 | 一种催化氧化5‑羟甲基糠醛制备2,5‑呋喃二甲酸的方法 |
| WO2018099173A1 (zh) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | 建添企业有限公司 | 以煤为原料制备氮掺杂多孔碳材料的方法 |
| CN108993510A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-14 | 南京工业大学 | 一种活化过硫酸盐轮胎碳催化剂及制备与应用 |
| CN109499529A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-03-22 | 华东理工大学 | 一种氮掺杂的磁性多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN109589979A (zh) * | 2017-09-30 | 2019-04-09 | 黑龙江大学 | 一种金属氧化物/碳材料复合物及其制备方法和应用 |
| CN109769806A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-05-21 | 浙江农林大学 | 一种缓释灭藻微胶囊及其制备方法 |
| CN110252242A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-20 | 兰州大学 | 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭 |
| CN111001415A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 佛山科学技术学院 | 一种复合氧化物低温脱硝催化剂的制备方法及催化剂 |
| CN111821982A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-10-27 | 闽南师范大学 | 一种氧化石墨烯-氧化铈-氧化铁复合材料、合成方法及其在催化降解性中的应用 |
-
2021
- 2021-03-05 CN CN202110244221.3A patent/CN113041997A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150295248A1 (en) * | 2011-06-15 | 2015-10-15 | Stc.Unm | Cathode catalysts for fuel cell application derived from polymer precursors |
| CN104628211A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-20 | 四川大学 | 一种利用金属铈协同磁性氧化还原石墨烯催化激活过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法 |
| CN106565647A (zh) * | 2016-10-29 | 2017-04-19 | 华东理工大学 | 一种催化氧化5‑羟甲基糠醛制备2,5‑呋喃二甲酸的方法 |
| WO2018099173A1 (zh) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | 建添企业有限公司 | 以煤为原料制备氮掺杂多孔碳材料的方法 |
| CN109589979A (zh) * | 2017-09-30 | 2019-04-09 | 黑龙江大学 | 一种金属氧化物/碳材料复合物及其制备方法和应用 |
| CN108993510A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-14 | 南京工业大学 | 一种活化过硫酸盐轮胎碳催化剂及制备与应用 |
| CN109499529A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-03-22 | 华东理工大学 | 一种氮掺杂的磁性多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN109769806A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-05-21 | 浙江农林大学 | 一种缓释灭藻微胶囊及其制备方法 |
| CN110252242A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-20 | 兰州大学 | 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭 |
| CN111001415A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 佛山科学技术学院 | 一种复合氧化物低温脱硝催化剂的制备方法及催化剂 |
| CN111821982A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-10-27 | 闽南师范大学 | 一种氧化石墨烯-氧化铈-氧化铁复合材料、合成方法及其在催化降解性中的应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CHENG-DI DONG ET AL.,: ""Degradation of phthalate esters in marine sediments by persulfate over Fe–Ce/biochar composites"" * |
| LU XU ET AL.,: ""Peroxymonosulfate activation by nitrogen-doped biochar from sawdust for the efficient degradation of organic pollutants"" * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114515577A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-20 | 长沙学院 | 铈掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN114515577B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-11-03 | 长沙学院 | 铈掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN114433022A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-06 | 北京工商大学 | 一种源于甘蔗皮的金属改性活性炭吸附剂、制备方法及其应用 |
| CN114433022B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-11-03 | 北京工商大学 | 一种源于甘蔗皮的金属改性活性炭吸附剂、制备方法及其应用 |
| CN115738997A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-07 | 东北农业大学 | 铈-铁共改性亲水多孔生物炭的制备方法及其应用 |
| CN115738998A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-07 | 师大(清远)环境修复科技有限公司 | 一种氮掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用 |
| CN116237048A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-09 | 北京科技大学 | 一种基于轧钢酸洗废液的磁性氮化生物炭催化材料制备方法与应用 |
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