一种咖啡渣生物炭的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种炭材料、环境保护领域，特别涉及一种咖啡渣生物炭的制备方法及应用。

背景技术：

抗生素作为是新出现的污染物，已引起全世界越来越多的关注。抗生素在人类和动物中的广泛应用导致其不断释放到环境中，以及随后导致抗性基因的产生和传播。然而目前的废水处理厂无法完全去除抗生素，近年来有很多抗生素去除方面的研究，其中吸附是一种经济高效的手段。

生物炭是由生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经过热解转化产生的一类的固体材料，因其致密的孔隙结构、丰富的表面官能团、大量的表面电荷、高度的芳香性结构以及较高化学和生物学稳定性等特点，使其在固碳、土壤改良和污染环境修复等方面具有广阔的应用前景，受到了许多科学研究人员的广泛关注。并且与活性炭相比，生物炭更加廉价并且其来源广泛，同时其具有丰富的表面官能团，而这些表面官能团能在吸附过程中发挥出重要的作用。

咖啡作为全球最受欢迎的饮料之一，每年消费约500亿杯。而大量的咖啡渣在这种饮料的生产过程中产生；据统计，咖啡渣在全世界的年产量约为600万吨。目前来说，咖啡渣没有相应处理的市场，只能在垃圾填埋场或焚烧，因其含有大量的有机化合物，如脂肪酸，木质素，纤维素和半纤维素等，故而可能会带来严重的环境问题。然而，高有机化合物使得咖啡渣作为生物质极具吸引力，可以获得生物燃料和有价值的产品，例如生物炭。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种咖啡渣生物炭的制备方法，及其用于磺胺类抗生素的去除。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：首先将收集到的咖啡渣在自然通风条件下风干，再经过烘箱干燥24h，然后将干燥后的咖啡渣在限氧的环境条件下进行炭化，得到生物炭初品，最后将上述得到的生物炭初品与1mol的盐酸以1:20的比例酸化4h后，用去离子水将酸化后的生物炭洗至中性，过滤、干燥、粉碎、过筛后即为咖啡渣生物炭。

上述取得到生物炭初品的炭化过程中的升温速率为4-6℃/min，炭化温度为300-700℃，炭化时间为2h。

上述过筛所用筛网孔径为100目。

将上述所得咖啡渣生物炭加入到初始浓度为5-2000μg/l的磺胺类抗生素溶液中，在25℃条件下进行震荡混合24h，经过滤膜后固液分离。

上述所提到磺胺类抗生素为磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑。

本发明的有益效果是：

1.本发明所选用的原材料咖啡渣，能有效解决咖啡渣的处置问题，并且可使其得到资源化利用，使其变废为宝。

2.本发明合成方法简单，成本低廉，限氧炭化过程耗时短、耗能低，工艺操作要求低。

3.本发明所生产的咖啡渣生物炭可用于去除水环境中的磺胺类抗生素，在初始浓度为500μg/l的情况下，对磺胺甲恶唑的最大吸附容量能达到130.1μg/g，对磺胺嘧啶的最大吸附容量能达到121.5μg/g。

附图说明

图1为例1和例2中合成的咖啡渣生物炭的x射线衍射图；

图2为例1和例2中电镜扫描图；

图3为例1中合成咖啡渣生物炭对磺胺甲恶唑的吸附动力学；

图4为例2中合成的咖啡渣生物炭对磺胺嘧啶的吸附动力学。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

首先将收集到的咖啡渣在自然通风条件下风干，再经过烘箱干燥24h，然后称取90g干燥后的咖啡渣在限氧的环境条件下进行炭化，此时升温速率为5℃/min，炭化温度为400℃，炭化时间为2h，得到生物炭初品，最后将上述得到的生物炭初品与1mol的盐酸以1:20的比例酸化4h后，用去离子水将酸化后的生物炭洗至中性，过滤、干燥、粉碎、过筛后即为咖啡渣生物炭。上述所得咖啡渣生物炭的x射线衍射图和电镜扫描图，分别如图1中的生物炭-400和图2中的生物炭-400所示。将上述所得咖啡渣生物炭加入到初始浓度为500μg/l的磺胺甲恶唑溶液中，在25℃条件下进行震荡混合0-72h，经过滤膜后固液分离。上述所得咖啡渣生物炭对磺胺甲恶唑的吸附动力学如图3所示。

实施例2

首先将收集到的咖啡渣在自然通风条件下风干，再经过烘箱干燥24h，然后称取90g干燥后的咖啡渣在限氧的环境条件下进行炭化，此时升温速率为5℃/min，炭化温度为500℃，炭化时间为2h，得到生物炭初品，最后将得到的生物炭初品与1mol的盐酸以1:20的比例酸化4h后，用去离子水将酸化后的生物炭洗至中性，过滤、干燥、粉碎、过筛后即为咖啡渣生物炭。上述所得咖啡渣生物炭的x射线衍射图和电镜扫描图，分别如图1中的生物炭-500和图2中的生物炭-500。将上述所得咖啡渣生物炭加入到初始浓度为500μg/l的磺胺嘧啶溶液中，在25℃条件下进行震荡混合0-72h，经过滤膜后固液分离。上述所得咖啡渣生物炭对磺胺嘧啶的吸附动力学如图4所示。