MHz;所述旋转炉的旋转速度为10r/min。
[0074]实施例9:
[0075]步骤一、将羧甲基壳聚糖溶于水中，搅拌均匀，配置成浓度为3wt%的羧甲基壳聚糖溶液，作为壳层溶液;另配制一份3wt %的羧甲基壳聚糖溶液，并向其中加入消泡剂、膨润土、二氯丙烷和硝酸钾，充分搅拌混合均匀后施加超声波进行分散，得到核层溶液;所述核层溶液中消泡剂的浓度为0.4wt% ;膨润土的浓度为3wt% ;二氯丙烷的浓度为5wt%，氯化钾的浓度为20wt% ;所述超声波超声的时间为30min;超声的功率为900W，超声频率在28KHz；
[0076]步骤二、采用高压静电纺设备，将壳层溶液和核层溶液分别输入到不锈钢同轴针头的外层和内层，所述不锈钢同轴针头的大小为内针头7号，外针头16号，设置高压静电喷射条件为:环境温度为30°C，高压电源的输出电压为5kv，接收装置与不锈钢同轴针头喷丝口之间的距离为8cm，壳层溶液的流量为15mL/h，核层溶液的流量为I OmL/h，将壳层溶液和核层溶液高压静电喷射到盛有浓度为3?丨％的柠檬酸溶液中，以300r/min的速度搅拌反应48h，过滤，40°C干燥3小时，制得核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球；
[0077]步骤三、将核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球置于旋转炉中，通氮气保护，以2°C/min的速度加热升温至150°C，保温0.5h，然后以l°C/min的速度加热升温至200°C，保温lh，然后以l°C/min的速度加热升温至300°C，保温2h;制得具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球;所述升温采用微波加热的方式，所述微波的频率为915MHz;所述旋转炉的旋转速度为12r/min。
[0078]采用以上实施例1?9制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球，分别进行肥料养分K+释放、对铀酰根离子吸附的试验研究。
[0079]分别取上述实施例1?9制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球
0.1g分别置于pH值为6、7、8的50mL去离子水中，置于室温下，等间隔时间取液体试样，用原子吸收光谱仪测定肥料养分K+浓度；用累积释放量来评价缓释性能，累积释放量用以下公式来计算。
[0080]累积释放量=n天养分的累积释放总量(I)
[0081]分别取上述实施例1?9制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球
0.05g与10mL 20mg/L的铀酰根离子溶液混合，置于摇床振荡24h，转速为130rpm，吸附温度为25°C;用紫外分光光度计测得吸附前后溶液中铀酰根离子浓度；
[0082]去除率由以下公式(I)计算，
[0083]去除率=((:。_(^)/(:。\100%(2)
[0084]其中，C。为吸附前铀酰根离子的浓度，(^为吸附后铀酰根离子的浓度。
[0085]图4为本发明实施例1?9制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球对铀酰根离子去除率的对比图，对铀酰根离子去除率大于70%，说本发明制备的材料对铀酰根离子的吸附性能优异。
[0086]图5为本发明实施例1中制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球在不同pH下对肥料养分K+的释放效果图，说明在pH=7、pH=8时，材料的控释效果较好。
[0087]可见，本发明中采用的原料按所述比例，并且在生物炭微球的制备工艺过程中，各个参数在所述的范围内，制备的生物炭微球不仅可为作物平衡施肥，提高了肥料利用率，促进植物生长，为植物的生态修复提供动力；而且材料本身可广泛应用于化工和环保等领域铀酰根离子、铅离子及铬离子等阳离子的吸附和废水处理。
[0088]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1.一种具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、将羧甲基壳聚糖溶于水中，搅拌均匀，配制成浓度为I?3^%的羧甲基壳聚糖溶液，作为壳层溶液;另配制一份I?4wt%的羧甲基壳聚糖溶液，并向其中加入腐植酸、二甲基亚砜和硝酸钾，充分搅拌混合均匀，得到核层溶液;所述核层溶液中腐植酸的浓度为2?5wt% ;二甲基亚砜的浓度为2?6wt%，硝酸钾的浓度为10?20wt% ； 步骤二、将壳层溶液和核层溶液分别注入到一个不锈钢同轴针头的外层和内层，并利用高压静电纺设备将壳层溶液和核层溶液在高压静电喷射条件下喷射到0.5?3wt%的环氧氯丙烷溶液中，以100?300r/min的速度搅拌反应24?48h，过滤，40?50°C干燥4?8小时，制得核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球； 步骤三、将核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球置于管式炉内，通氮气保护，在200?300°C下焙烧2?5小时，制得具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球。2.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的腐植酸由膨润土或羧甲基纤维素代替;所述步骤一中的二甲基亚砜由二氯丙烷代替。3.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的硝酸钾由氯化钾、硝酸钠、磷酸二氢钾中的一种代替。4.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的不锈钢同轴喷头的大小为内针头4?8号，外针头9?16号。5.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，高压静电喷射条件为:环境温度为O?40°C，高压电源的输出电压为I?5kv，接收装置与不锈钢同轴针头喷丝口之间的距离为7?15cm，流量均为5?20mL/h，壳层溶液与核层溶液的流速比为1:2?1: 4。6.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的环氧氯丙烷溶液由柠檬酸、二甲基亚砜溶液中的一种代替。7.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤一中核层溶液的配制过程中加入消泡剂，充分搅拌混合均匀后施加超声波进行分散;所述消泡剂在核层溶液中的浓度为0.2?0.5wt%,所述超声波超声的时间为20?50min;超声的功率为800?1500W，超声频率在25?50KHz。8.如权利要求1所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球的制备方法，其特征在于，所述步骤三中采用在旋转炉中进行梯度升温焙烧，其焙烧方式为:将核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球置于管式炉内，通氮气保护，以I?3°C/min的速度加热升温至100?150°C，保温0.5?卟，然后以1?2°(3/1^11的速度加热升温至180?220°(3，保温1?211，然后以0.5?l°C/min的速度加热升温至250?300°C，保温I?2h;所述升温采用微波加热的方式，所述微波的频率为915MHz;所述旋转炉的旋转速度为1?15r/min。9.如权利要求1?8任一项所述的制备方法制备的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球。10.如权利要求9所述的具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球，其特征在于，所述生物炭微球的养分含量为10?20wt%，粒径为1.5?4mm;所述生物炭微球具有控释钾肥、磷肥、氮肥的功能和吸附铀酰根离子、铅离子、铬离子的功能。
【专利摘要】本发明公开了一种具有阳离子吸附和肥料控释双功能的生物炭微球及其制备方法，包括：(1)配制两份羧甲基壳聚糖溶液，一份为壳层溶液，另一份中加入腐植酸、二甲基亚砜和硝酸钾，搅拌均匀，作为核层溶液；(2)将壳层溶液和核层溶液分别注入到同轴针头的外层和内层，并利用高压静电纺设备将壳层溶液和核层溶液喷射到环氧氯丙烷溶液中，搅拌,过滤，干燥，制得核壳结构的交联羧甲基壳聚糖微球；(3)将交联羧甲基壳聚糖微球置于管式炉内，通氮气保护，焙烧，制得生物炭微球。本发明制备的生物炭微球不仅可作为控释肥料，提高肥料利用率，为植物的生态修复提供动力；而且材料本身可广泛应用于化工和环保等领域中铀酰根离子、铅离子等阳离子的吸附和废水处理。
【IPC分类】B01J20/26, B01J13/04, B01J20/30
【公开号】CN105498651
【申请号】CN201510707527
【发明人】林晓艳, 张亚慧, 周秋生, 罗学刚
【申请人】西南科技大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年10月26日