负载型蓝藻生物炭制备方法及负载型蓝藻生物炭流动电极与流程

本申请涉及废物资源化的，更具体地说，它涉及一种负载型蓝藻生物炭制备方法及负载型蓝藻生物炭流动电极。

背景技术：

1、随着工业的迅速发展，大量未经处理或者未经有效处理的生活污水排入江河湖泊中，生活污水中富含高浓度氮磷，氮磷引起藻类大量增殖，尤其是产毒微囊藻，形成水华的自然现象。水华严重危害人体健康，并破坏水体环境，但水华产生的蓝藻中也含有了大量营养物质，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物以及色素等，使得蓝藻拥有可观的利用价值。

2、行业中已有利用蓝藻作为生物炭电极材料的相关研究：龚志豪团队对蓝藻进行预炭化、氮气气氛下深度炭化、与氢氧化钾共混后二次深度炭化，得到蓝藻生物炭电极材料。上述方式制得的蓝藻生物炭孔隙比表面积可达1361.2m2/g，其平均孔径为2.0978nm；上述方法制得的蓝藻生物炭仍然存在如下缺陷：由于氢氧化钾热熔汽化时对碳层造成了破坏，使所得蓝藻生物炭的石墨化程度更低，蓝藻生物炭的孔隙结构容易塌陷，导致蓝藻生物炭作为电极材料无法长效稳定运行。

3、张思齐团队采用纳米零价铁和蓝藻生物炭制备负载型蓝藻生物炭材料，纳米零价铁在生物炭表面呈粒状结构分布，颗粒沉积十分明显。但部分蓝藻生物炭孔隙结构被纳米零价铁堵塞，导致比表面积降低，平均孔径增加。负载型蓝藻生物炭材料经过比表面积及孔径分布检测可以证实，蓝藻生物炭负载纳米零价铁后的比表面积降低为原先的1/10，平均孔径增加了2.58倍，电极材料在实际使用过程中电吸附脱除性能仍然有待提升。

技术实现思路

1、本申请提供一种负载型蓝藻生物炭制备方法及负载型蓝藻生物炭流动电极，对蓝藻生物炭流动电极材料进行改性，所得负载型蓝藻生物炭既能够具备较大的比表面积，又能够具备较好的稳定性，对氮磷有优异的电吸附脱除效果。

2、第一方面，本申请提供一种负载型蓝藻生物炭制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种负载型蓝藻生物炭制备方法，包括如下步骤：

4、蓝藻生物炭制备：将蓝藻经过干燥、粉碎后，使用含钾碱液碱化处理得到混合物；将混合物再次干燥后进行研磨，惰性气氛下升温至600～900℃炭化处理，保温1～3h，冷却、水洗至中性、烘干得到蓝藻生物炭；

5、原位负载：将蓝藻生物炭在溶剂中超声分散，得到预制液一；

6、将纳米氧化锌在溶剂中超声分散，得到预制液二，其中，纳米氧化锌为蓝藻生物炭重量的5～15％；

7、将预制液一和预制液二共混后进行超声分散后，再搅拌至混合均匀，离心分离后，将所得固体物质烘干，得到负载型蓝藻生物炭。

8、进一步的，所述蓝藻生物炭制备步骤中，蓝藻生物炭再次研磨至通过400目筛。

9、进一步的，所述原位负载步骤中，纳米氧化锌粒径为10～30nm。

10、进一步的，所述蓝藻生物炭制备步骤中，含钾碱液为koh溶液、k2sio3溶液，k2s2o8溶液中的一种或多种。

11、进一步的，所述蓝藻生物炭制备步骤中，含钾碱液溶质的浓度为20％～40％。

12、进一步的，所述蓝藻生物炭制备步骤中，炭化处理过程中先调节温度至100～150℃烧制1h，再升温至目标温度炭化，目标温度为600～900℃。

13、进一步的，所述蓝藻生物炭制备步骤中，在粉碎步骤后，碱化处理步骤前，进行筛分处理，将粉碎的蓝藻过80～100目筛。

14、进一步的，所述原位负载步骤中，超声分散的参数为超声功率60～80w，预制液一和预制液二共混超声时间为0.5～2h。

15、进一步的，所述原位负载步骤中，搅拌速率为200～400rpm。

16、第二方面，本申请提供一种负载型蓝藻生物炭流动电极，采用如下的技术方案：

17、一种负载型蓝藻生物炭流动电极，由前述的负载型蓝藻生物炭制备方法制得的负载型蓝藻生物炭制成，应用于流动电极电容去离子工艺。

18、综上所述，本申请的技术方案至少具备如下优势：

19、第一，本申请中利用蓝藻作为生物炭原材料，蓝藻先进行研磨、含钾碱液碱化处理以及炭化，所得蓝藻生物炭与纳米氧化锌采用超声的方式混合，实现原位负载，得到负载型蓝藻生物炭；负载型蓝藻生物炭在负载纳米氧化锌颗粒后，其比表面积高于1700m2/g，总孔容积大，具有较高的表面效应；且纳米氧化锌颗粒起到一定的支撑作用，降低了负载型蓝藻生物炭的孔隙塌陷的可能性，延长负载型蓝藻生物炭的使用寿命；在作为流动电极使用过程中，负载型蓝藻生物炭流动电极具有良好的导电性，同时有一定抗腐蚀性，对废水中的氮磷有优异的电吸附脱除效果。纳米zno负载到蓝藻生物炭上作为流动电极材料的制备方法简单，可以实现蓝藻资源化处理，具有广阔的应用前景。

20、第二，本申请中通过控制蓝藻生物炭和纳米氧化锌的粒径，便于纳米氧化锌进入蓝藻生物炭的孔隙结构中，且能够均匀分布在蓝藻生物炭的孔隙结构中，有助于负载型蓝藻生物炭比表面积等表面效应参数提升；进而有助于负载型蓝藻生物炭流动电极对废水中的氮磷有优异的电吸附脱除性能的提升。

21、第三，本申请中采用氢氧化钾等碱液碱化处理，使得蓝藻炭化材料孔径扩大，蓝藻炭化材料内部孔隙率及比表面积增大，再通过先升温至100～150℃进行低温预炭化，继而升温至目标温度进行深度炭化的方式，使得蓝藻炭化材料经进一步的高温加热，表面官能团进行了活化，增加了蓝藻炭化材料内部的活性点位，调节了蓝藻炭化材料的孔状结构，优化了孔的分布，在获得更大的比表面积及孔隙率的同时，加强了对污染物的吸附固持作用；同时，有助于在原位负载步骤中充分吸附纳米氧化锌，优化纳米氧化锌在蓝藻生物炭内部的分布，从而在不提高平均孔径的前提下，使得比表面积增加，负载型蓝藻生物炭的吸附活性进一步增强。

22、第四，本申请人创新性地将负载型蓝藻生物炭材料应用至流动电极电容去离子工艺中。在蓝藻生物炭材料中负载有活性氧化锌粒子，既能够在不影响流动电极浆液的粘度，又能够有效提升流动电极对氮磷等物质的吸附脱性能。

技术特征：

1.一种负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述蓝藻生物炭制备步骤中，蓝藻生物炭再次研磨至通过400目筛。

3.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述原位负载步骤中，纳米氧化锌粒径为10～30nm。

4.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述蓝藻生物炭制备步骤中，含钾碱液为koh溶液、k2sio3溶液，k2s2o8溶液中的一种或多种。

5.如权利要求4所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述蓝藻生物炭制备步骤中，含钾碱液溶质的浓度为20％～40％。

6.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述蓝藻生物炭制备步骤中，炭化处理过程中先调节温度至100～150℃烧制1h，再升温至目标温度炭化，目标温度为600～900℃。

7.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述蓝藻生物炭制备步骤中，在粉碎步骤后，碱化处理步骤前，进行筛分处理，将粉碎的蓝藻过80～100目筛。

8.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述原位负载步骤中，超声分散的参数为超声功率60～80w，预制液一和预制液二共混超声时间为0.5～2h。

9.如权利要求1所述的负载型蓝藻生物炭制备方法，其特征在于：所述原位负载步骤中，搅拌速率为200～400rpm。

10.一种负载型蓝藻生物炭流动电极，其特征在于：由权利要求1-9中任意一项所述的负载型蓝藻生物炭制备方法制得的负载型蓝藻生物炭制成，应用于流动电极电容去离子工艺。

技术总结
本申请具体公开了一种负载型蓝藻生物炭制备方法及负载型蓝藻生物炭流动电极。负载型蓝藻生物炭制备方法中先使用含钾碱液碱化处理再炭化处理得到蓝藻生物炭，再分别将蓝藻生物炭、纳米氧化锌置于乙醇中超声分散，再将超声分散后的溶液共混，进行二次超声分散，使得纳米氧化锌能原位负载在蓝藻生物炭中。该方法工艺简单，操作方便，原料易得，制备后的材料比表面积、总孔容增大，应用于流动电极电容去离子工艺时对废水中的氮磷有优异的电吸附脱除效果。将纳米ZnO负载到蓝藻生物炭上作为流动电极材料，制得的材料既具有可吸附氮磷的优异电化学性能，又可解决蓝藻难回收再利用的困难，拥有广阔的应用前景。

技术研发人员：崔敏华,铁超,刘和,缪逸菁,王思慧,常礼东
受保护的技术使用者：江苏中林环工生态环境科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21