CN115106059A - 一种高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，包括如下步骤：步骤一、制备吸附剂基底材料：将秸秆类农业废弃物清洗干燥后冷却，测量其灰分，当灰分含量>10％时，使用NaOH初步去除灰分；使用粉碎机粉碎，初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体放入具备气密保护的高温热解装置，通入惰性气体后，升温至350‑600℃碳化。本发明使用廉价易得的，可再生的生物质材料为制备原料，具有储量丰富，成本节约，环境友好的优势，并且可以促进生物质材料及其工业应用后废料的高值化利用。
Description
技术领域
本发明属于材料制造领域，具体涉及一种高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体及其制备方法。
背景技术
重金属离子具有高毒性和生物富集性，对生产生活的危害极大，是水污染治理的重点之一。其中，铅离子的排放量大，危害范围广，毒害作用强，具有强烈的慢性神经毒性与肝肾毒性，并具有难降解和生物积累性。造成铅污染的原因包括含铅矿石的自然扩散与渗透，铅蓄电池行业，再生铅行业和电镀行业产生的废水。这些废水成分复杂，干扰物较多，通常呈酸性，且铅离子浓度可达100mg/L以上，其对生态的危害程度极大。
目前，水体铅离子的去除方法包括化学沉淀法、氧化还原法，阳离子交换法、吸附法、膜分离法和生物处理法等。其中，以生石灰或熟石灰为沉淀剂的化学沉淀法是常用方法，通过调节pH值到10左右，可将铅离子有效沉淀，然而，该方法化学试剂用量极大，并产生大量危险废固，进一步处理成本较高。氧化还原法可以有效处理微量铅污染水体，出水铅离子浓度极低，但电能消耗极大，且受其它离子的干扰。膜分离法往往与其它方法相结合，通过产生沉淀或胶粒后进行膜分离，或者利用反渗透膜浓集铅离子后进一步处理，其固液分离往往需要消耗较多能量。离子交换法适于处理酸性低浓度废水，处理能力强，出水浓度低，但受杂离子影响大，且成本高昂。吸附法操作简单、成本相对低廉、处理效果好，且易与其它方法耦合，是适合于铅离子处理的方法之一，而吸附法的核心在于吸附剂的选择。氧化镁是一种高效的重金属处理剂，然而限制于比表面积以及颗粒大小，直接使用氧化镁为吸附剂容易产生由于比表面积过小导致的去除率过低的问题，为了提升吸附效果，需要增加其比表面积，一般而言，减小粒径和塑造特殊高比表面积结构，如网状、纤维束和花状结构等。由于颗粒过细易导致管路堵塞和或难以从水体中分离等缺陷，因此将氧化镁负载于一定的载体上是一种可行的提升方案。
大多数高比表面积材料的高比表面积是其数量庞大的微孔带来的，氧化镁负载过程或者会填充这些孔洞而减小比表面积；同时，负载的氧化镁颗粒尺寸过小时，极易产生氧化镁颗粒从载体脱落的情况，从而失去采用载体的意义；同时，作为基底的材料也常存在原料价格昂贵，基底材料为不可再生材料，化学试剂使用种类过多，制备过程复杂等缺点。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，进而提供了一种制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体及其制备方法。
本发明的一种制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，包括如下步骤：
步骤一、制备吸附剂基底材料
将秸秆类农业废弃物清洗干燥后冷却，测量其灰分，当灰分含量>10％时，使用NaOH初步去除灰分；
使用粉碎机粉碎，初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体放入具备气密保护的高温热解装置，通入惰性气体后，升温至350-600℃碳化；
将热解后的材料自然冷却至室温，得到碳化后的样品，清洗去油，最后干燥至质量恒定，得到基底材料生物炭；
步骤二、制备镁前驱体浸渍基底生物炭
将基底材料生物炭与镁前驱体混合为泥浆状混合物，作为热解过程的前驱体；
步骤三、调整参数实现成分、形貌可控负载
将浆状混合物于高温热解装置中，通入惰性气体，以2-5℃/min的速率升温至105-130℃加热2-4h后，再以3-10℃/min的速率升温至450-750℃，冷却至室温后，洗涤干燥至恒重，得到高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
步骤一中，将秸秆类农业废弃物或其初步利用后的残渣，清洗后自然风干，再取部分置于80℃～110℃的烘箱干燥至含水量<5％后，取出置于干燥器中冷却备用。
步骤一中，当灰分含量>10％时，使用1M左右的NaOH初步去除灰分，固液比在 m：v＝10～20的比例下搅拌清洗至少24h，采用沉降法分离固液，收集固体成分。
步骤一中，使用粉碎机粉碎后，经过40目筛网初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体，装入耐热器皿中，放入具备气密保护的高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min后，以3-5℃/min的速率升温至350-600℃，碳化至少1h。
步骤二中，镁前驱体为硝酸镁、硫酸镁或氯化镁，基底生物炭与镁前驱体的质量比为8:1～1:5。
步骤二中，基底材料生物炭与镁前驱体混合的具体方法为：将生物炭与镁前驱体固体混合，搅拌与研磨，使固体颗粒充分混匀，然后在搅拌状态下缓慢加入水，充分搅拌均匀。
步骤二中，基底材料生物炭与镁前驱体混合的具体方法为：将制备基底材料生物炭与镁前驱体置于容器中，加入水，搅拌使镁盐溶解并与生物炭混合均匀，超声分散 10-30min，将样品置于65℃～105℃的烘箱中干燥4-8h后，再加入水，搅匀，继续置于60℃～105℃的烘箱中干燥4-8h，反复3-5次后，再次加入水搅拌使混合物呈泥浆状。
步骤三中，将浆状混合物转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min，以2-5℃/min的速率升温至105-130℃加热2-4h后，再以3- 10℃/min的速率升温至450-750℃，碳化时间为1-4h，冷却至室温后，用自来水洗涤，最后置于80℃～105℃的烘箱中干燥至恒重，从而得到氧化镁负载的氮掺杂生物炭。
本发明还涉及一种利用高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体制备方法得到的高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
有益效果
一、本发明使用廉价易得的，可再生的生物质材料为制备原料，具有储量丰富，成本节约，环境友好的优势，并且可以促进生物质材料及其工业应用后废料的高值化利用。
二、本发明通过浸渍工艺、原料配比和前驱体的选择，控制氧化镁前驱体的形貌及其在基底材料上的分散性，进而对负载体进行调控。
三、本发明通过温度、时间的调控，控制制得的氧化镁负载结构的水化程度与表面形貌。
四、本发明制备的吸附剂具有较高的吸附容量，较高的铅离子去除率，超过市场上大多数商业活性炭，最大铅离子饱和吸附量超过1900mg/g。铅离子吸附速率也较快，在与空气正常接触时，240min即可达到吸附平衡，在5％二氧化碳的辅助下，平衡时间将缩短至60min以内。而在单个容器中使用时，250ppm的用量即可时200mg/L铅离子去除率超过99.7％，出水浓度低于1mg/L。最大镉离子吸附容量超过500mg/L，800ppm的用量可以使200mg/L的镉离子去除率超过99.9％，出水浓度低于0.5mg/L。同时，对氨氮去除能力超过200mg/g，磷酸根去除能力超过400mg/g。
五、本发明制备的吸附剂在吸附重金属离子过程中，氧化镁结构良好的分散性保证了原材料中镁元素的利用率；不同结构的氧化镁结构在吸附过程中具有各自不同的优势，片状较大的氧化镁转化率高，原料利用率高，铅吸附能力强，且铅吸附产生的沉淀物为较大颗粒的片状碱式碳酸铅沉淀较易分离；颗粒状氧化镁吸附速度快，达到平衡所需时间更短；花状氧化镁在吸附时可以对沉淀物进行一定的聚集吸附，从而降低了吸附剂的分离难度；去除镉离子时，可以和镉沉淀一起团聚成尺寸超过1mm的颗粒，利于从水体中去除。
附图说明
图1为本发明中木糖渣放大2000倍电镜照片，由图可见，木糖渣粉末具备空间孔洞结构，其表面光滑平整，整体颗粒较为圆滑；
图2为本发明中吸附剂基底生物炭的的宏观照片；
图3为本发明中吸附剂基底生物炭的放大1000倍的电镜照片，经过热解后的木糖渣生物炭保存了原材料的基本结构；
图4为本发明中氧化镁负载生物炭的宏观照片；
图5为本发明中氧化镁负载生物炭上不同结构的氧化镁结构的电镜照片；
图6为本发明中吸附铅离子后的电镜照片，生物炭表面附着片状六方晶形的碱式碳酸铅沉淀；
图7为本发明中吸附镉离子后不同形貌沉淀与吸附后形成团簇颗粒的电镜照片；
图8为本发明中吸附镉离子后不同形貌沉淀与吸附后形成团簇颗粒的电镜照片；
图9为本发明中吸附镉离子后不同形貌沉淀与吸附后形成团簇颗粒的电镜照片；
图10为本发明中吸附镉离子后不同形貌沉淀与吸附后形成团簇颗粒的电镜照片；
图11为本发明XRD谱图，证明了吸附剂中有效成分为氧化镁和氢氧化镁，通过热解条件的控制，氢氧化镁占比(水化程度)可以调控。
图12为本发明不同铅离子浓度(100/200/300mg/L)的溶液加入250ppm的吸附剂后，铅离子吸附量随随时间的变化图；
图13为本发明添加400ppm吸附剂处理不同浓度镉离子溶液的效果图；
图14为本发明不同镉离子浓度(100/200mg/L)的溶液加入400ppm的吸附剂后，镉离子吸附量随随时间的变化图；
图15为本发明材料的XRD谱图，证明吸附剂中有效成分为氧化镁和氢氧化镁。
具体实施方式
以下结合图1至15对本实施方式进行具体说明。
本发明的一种制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，包括如下步骤：
步骤一、制备吸附剂基底材料
将秸秆类农业废弃物或其初步利用后的残渣(如玉米秸秆，玉米芯以及木糖醇生产剩余的木糖渣，使用的原料具有较多尺寸在微米级别的孔道，并在碳化后仍然保存这些孔道结构)清洗后自然风干，再取部分置于80℃～110℃的烘箱中，干燥至含水量 <5％后，取出置于干燥器中冷却备用。
待冷却之后，测量灰分，当灰分含量>10％时(秸秆中的灰分含量一般不超过5％)，使用1M左右的NaOH初步去除灰分(固液比在m：v＝10～20的比例下搅拌清洗至少24 h，采用沉降法分离固液，收集固体成分，多次清洗去除多余碱液后烘干备用)。
使用粉碎机粉碎后，经过40目筛网初步筛分，将过筛部分(粒径<0.425mm)的木糖渣粉末储存备用(若采用灰分含量较低的木质纤维素生物质为原料，则无需碱洗，直接将原料干燥后进行粉碎，过40目筛即可)，取过筛部分粉体，装入耐热器皿中，放入具备气密保护的高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min后，以3-5℃/min的速率升温至350-600℃，碳化至少1h，或者使用耐热材料将耐热器皿的皿口密封后加盖，置入马弗炉等空气流通受限但并不绝氧的高温热解装置中，以3-5℃/min的速率升温至350-600℃，碳化至少1h。
将热解后的材料自然冷却至室温，得到碳化后的样品，将碳化后的样品使用自来水清洗去油，最后置于温度为80℃～110℃的烘箱中，干燥至质量恒定，研磨后过80 目筛(粒径<0.180mm)，得到基底材料生物炭。
步骤二、制备镁前驱体浸渍基底生物炭
可以通过以下三种方法，制备基底材料生物炭与镁前驱体(可选择硝酸镁、硫酸镁和氯化镁)混合(基底生物炭与镁前驱体的质量比为8:1～1:5)的泥浆状混合物，作为热解过程的前驱体：
方法(1)、将生物炭与镁前驱体固体混合，通过机械/手动搅拌与研磨，使固体颗粒充分混匀，然后在搅拌状态下缓慢(0.1-0.5mL/g/min)加入少量水(固液质量体积比 1:2-5)，充分搅拌均匀；
方法(2)、将制备基底材料生物炭与镁前驱体置于容器中，加入一定量水(固液质量体积比小于1:20)，搅拌使镁盐溶解并与生物炭混合均匀，超声分散10-30min，将样品置于65℃～105℃的烘箱中干燥4-8h后，再加入少量水，搅匀，继续置于 60℃～105℃的烘箱中干燥4-8h，反复这个过程3-5次后，再次加入少量水(固液比 m:V＝1:2-5)，搅拌使混合物呈泥浆状；
方法(3)向少量镁前驱体溶液中加入少量基底生物炭(固液比m:V＝1:2-5)，充分搅拌，然后在搅拌条件下轮流加入溶液和生物炭。
通过以上浸渍方法，可保证镁前驱体的分散性良好，并在干燥过程中形成均匀分布的前驱体，并通过镁盐类型的选择、材料配比的调控实现对负载体的颗粒形貌调控与其在基底上的分散性的控制。
步骤三、调整参数实现成分、形貌可控负载
将浆状混合物转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min后，以2-5℃/min的速率升温至105-130℃加热2-4h后，再以3- 10℃/min的速率升温至450-750℃，并根据不同的温度，选择不同的碳化时间(1-4h之间)，冷却至室温后，用自来水洗涤，最后置于80℃～105℃的烘箱中干燥至恒重，从而得到得到高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
实施例一
本实施例中，制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，包括如下步骤：
步骤一、制备吸附剂基底材料
将玉米秸秆残渣清洗后自然风干，再取部分置于80℃的烘箱中，干燥至含水量 <5％后，取出置于干燥器中冷却备用。
待冷却之后，测量灰分，当灰分含量>10％时，使用1M左右的NaOH初步去除灰分。使用粉碎机粉碎后，经过40目筛网初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体，装入耐热器皿中，放入具备气密保护的高温热解装置中，通入惰性气体约40min后，以3℃/min的速率升温至350℃，碳化至少1h，或者使用耐热材料将耐热器皿的皿口密封后加盖，置入马弗炉等空气流通受限但并不绝氧的高温热解装置中，以3℃/min的速率升温至350℃，碳化至少1h。
将热解后的材料自然冷却至室温，得到碳化后的样品，将碳化后的样品使用自来水清洗去油，最后置于温度为80℃℃的烘箱中，干燥至质量恒定，研磨后过80目筛，得到基底材料生物炭。
步骤二、制备镁前驱体浸渍基底生物炭
将生物炭与镁前驱体固体混合，通过机械搅拌与研磨，使固体颗粒充分混匀，然后在搅拌状态下缓慢(0.1mL/g/min)加入少量水(固液质量体积比1-5)，充分搅拌均匀；
步骤三、调整参数实现成分、形貌可控负载
将浆状混合物转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约40min后，以2℃/min的速率升温至105-℃加热2h后，再以3℃/min的速率升温至450℃，并根据不同的温度，选择不同的碳化时间，冷却至室温后，用自来水洗涤，最后置于80℃℃的烘箱中干燥至恒重，从而得到得到高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
若采用真空干燥，可以将超声分散后的固体直接干燥过夜至基本干燥后，转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约40min后，直接以 3℃/min的速率升温至450℃，碳化约1h，后续步骤相同。
实施例二
本实施例中，制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，包括如下步骤：
步骤一、制备吸附剂基底材料
将木糖渣清洗后自然风干，再取部分置于80℃～110℃的烘箱中，干燥至含水量 <5％后，取出置于干燥器中冷却备用。待冷却之后，测量灰分，当灰分含量>10％时，使用1M左右的NaOH初步去除灰分。
使用粉碎机粉碎后，经过40目筛网初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体，装入耐热器皿中，放入具备气密保护的高温热解装置中，通入惰性气体约60min后，以5℃/min的速率升温至600℃，碳化至少1h，或者使用耐热材料将耐热器皿的皿口密封后加盖，置入马弗炉等空气流通受限但并不绝氧的高温热解装置中，以5℃/min的速率升温至600℃，碳化至少1h。
将热解后的材料自然冷却至室温，得到碳化后的样品，将碳化后的样品使用自来水清洗去油，最后置于温度为110℃的烘箱中，干燥至质量恒定，研磨后过80目筛(粒径<0.180mm)，得到基底材料生物炭。
步骤二、制备镁前驱体浸渍基底生物炭
将制备基底材料生物炭与镁前驱体置于容器中，加入一定量水(固液质量体积比小于1:20)，搅拌使镁盐溶解并与生物炭混合均匀，超声分散30min，将样品置于105℃的烘箱中干燥8h后，再加入少量水，搅匀，继续置于105℃的烘箱中干燥8h，反复这个过程5次后，再次加入少量水(固液比m:V＝1:5)，搅拌使混合物呈泥浆状；
步骤三、调整参数实现成分、形貌可控负载
将浆状混合物转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约60min后，以5℃/min的速率升温至130℃加热4h后，再以10℃/min的速率升温至750℃，冷却至室温后，用自来水洗涤，最后置于105℃的烘箱中干燥至恒重，从而得到得到高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制备吸附剂基底材料
将秸秆类农业废弃物清洗干燥后冷却，测量其灰分，当灰分含量>10％时，使用NaOH初步去除灰分；
使用粉碎机粉碎，初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体放入具备气密保护的高温热解装置，通入惰性气体后，升温至350-600℃碳化；
将热解后的材料自然冷却至室温，得到碳化后的样品，清洗去油，最后干燥至质量恒定，得到基底材料生物炭；
步骤二、制备镁前驱体浸渍基底生物炭
将基底材料生物炭与镁前驱体混合为泥浆状混合物，作为热解过程的前驱体；
步骤三、调整参数实现成分、形貌可控负载
将浆状混合物于高温热解装置中，通入惰性气体，以2-5℃/min的速率升温至105-130℃加热2-4h后，再以3-10℃/min的速率升温至450-750℃，冷却至室温后，洗涤干燥至恒重，得到高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
2.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤一中，将秸秆类农业废弃物或其初步利用后的残渣，清洗后自然风干，再取部分置于80℃～110℃的烘箱干燥至含水量<5％后，取出置于干燥器中冷却备用。
3.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤一中，当灰分含量>10％时，使用1M左右的NaOH初步去除灰分，固液比在m：v＝10～20的比例下搅拌清洗至少24h，采用沉降法分离固液，收集固体成分。
4.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤一中，使用粉碎机粉碎后，经过40目筛网初步筛分，将过筛部分的木糖渣粉末储存备用，取过筛部分粉体，装入耐热器皿中，放入具备气密保护的高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min后，以3-5℃/min的速率升温至350-600℃，碳化至少1h。
5.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤二中，镁前驱体为硝酸镁、硫酸镁或氯化镁，基底生物炭与镁前驱体的质量比为8:1～1:5。
6.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤二中，基底材料生物炭与镁前驱体混合的具体方法为：将生物炭与镁前驱体固体混合，搅拌与研磨，使固体颗粒充分混匀，然后在搅拌状态下缓慢加入水，充分搅拌均匀。
7.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤二中，基底材料生物炭与镁前驱体混合的具体方法为：将制备基底材料生物炭与镁前驱体置于容器中，加入水，搅拌使镁盐溶解并与生物炭混合均匀，超声分散10-30min，将样品置于65℃～105℃的烘箱中干燥4-8h后，再加入水，搅匀，继续置于60℃～105℃的烘箱中干燥4-8h，反复3-5次后，再次加入水搅拌使混合物呈泥浆状。
8.根据权利要求1所述的制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法，其特征在于，步骤三中，将浆状混合物转移入耐热容器中后，将容器置于高温热解装置中，通入惰性气体约40-60min，以2-5℃/min的速率升温至105-130℃加热2-4h后，再以3-10℃/min的速率升温至450-750℃，碳化时间为1-4h，冷却至室温后，用自来水洗涤，最后置于80℃～105℃的烘箱中干燥至恒重。
9.一种根据权利要求1至8任一项所述制备高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体的方法得到的高比表面积氧化镁/氢氧化镁负载体。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117531475A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-02-09 | 中国热带农业科学院橡胶研究所 | 一种氧化镁掺杂纳米氢氧化镁负载生物炭及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105854805A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 一种改性生物炭微球及其制备方法和应用 |
| CN106669603A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-17 | 广东工业大学 | 一种氧化镁‑稻壳生物炭复合材料的制备方法及应用 |
| CN107159112A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 湖南农业大学 | 磁性复合吸附剂去除废水中四环素的方法 |
| CN112058225A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-11 | 昆明理工大学 | 一种新型改性麻杆生物质炭材料的制备方法及其应用 |
| CN113578267A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-02 | 福州大学 | 用于富集核废水中铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂 |
-
2022
- 2022-05-27 CN CN202210593566.4A patent/CN115106059A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105854805A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 一种改性生物炭微球及其制备方法和应用 |
| CN106669603A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-17 | 广东工业大学 | 一种氧化镁‑稻壳生物炭复合材料的制备方法及应用 |
| CN107159112A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 湖南农业大学 | 磁性复合吸附剂去除废水中四环素的方法 |
| CN112058225A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-11 | 昆明理工大学 | 一种新型改性麻杆生物质炭材料的制备方法及其应用 |
| CN113578267A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-02 | 福州大学 | 用于富集核废水中铀的多晶型纳米氧化镁生物炭吸附剂 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| DANCHEN ZHU等: "Synthesis and characterization of magnesium oxide nanoparticlecontaining biochar composites for efficient phosphorus removal from aqueous solution", 《CHEMOSPHERE》, vol. 247, pages 125847 * |
| 唐勇 等: "碱活化载镁橘皮生物炭去除水体中的磷研究", 《水处理技术》, vol. 47, no. 11, pages 91 - 95 * |
| 尚宏儒: "镁化合物负载玉米芯生物炭的制备及其Pb（Ⅱ）吸附性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》, no. 02, pages 014 - 1201 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117531475A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-02-09 | 中国热带农业科学院橡胶研究所 | 一种氧化镁掺杂纳米氢氧化镁负载生物炭及其制备方法和应用 |
| CN117531475B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-05-31 | 中国热带农业科学院橡胶研究所 | 一种氧化镁掺杂纳米氢氧化镁负载生物炭及其制备方法和应用 |
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