专利名称：一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方法。
(二)
背景技术：
黑碳(英文名Black Carbon)是环境中生物质、石油和煤等不完全 燃烧生成的含碳芳香高聚产物，它包括于草木灰、焦炭、煤烟灰等成分之 中(Cornelissen, G" Gustafsson， Bucheli， T.D., Jonker, M.T.O., Koelmans, A.A" Noort, RC.M.V" Extensive Sorption of Organic Compounds to Black Carbon, Coal, and Kerogen in Sediments and Soils: Mechanisms and Consequences for Distribution, Bioaccumulation, and Biodegradation, ￡"v/raw. 5W. 7fec/mo/.， 2005， 6SW-6卵5 )。据估计，全球每年因燃烧生 成的BC有0.5-2.6亿吨(Masiello, CA., Druffel, E.R.M., Black carbon in deep-sea sediments, 5We"ce, 7卯S， 2朋W〃-7973 )，其中绝大部分将进入
土:l裏和沉积物环境。
国外有报道指出黑碳具有一定的比表面积和孔结构特征，能够用于 7jc体环境污染物的去除(Goldberg E. D., Black carbon in the environment : properties and distribution. John Wiley , New York, 1985 )。纟衣而/人土^泉和 沉积物中大量提取黑碳成分的想法并不现实，因为土壤存在其它无法有效 去除的成分、并且黑碳收率极低、操作繁瑣、过程费用昂贵(Schmidt, M.W.I" Noack, A.G., Black Carbon in Soils and Sediments: Analysis, Distribution, Implications, and Current Challenges, G7o6a/ 5z.ogeoc/2em C^/^,20附M'777-793)。因此，寻找黑碳的廉价制备原料显得十分重 要。
早在1998年，我国作物秸秆总量就高达7.9亿吨，并以每年1千2 百万吨的速度稳步增长(钟华平，岳燕珍，樊江文，中国作物秸秆资源及 其利用，,源//夢，2M3， 25: 62-67),长期以来我国农村地区秸秆焚烧现 象十分普遍，尽管近年来政府出台了相关措施限制各地秸秆的露天焚烧现 象，许多农村地区依然将大量闲置秸秆作为生火做饭的燃料在家庭使用， 这使得草木灰出现了大量剩余。更重要的是，农作物秸秆燃烧生成的草木 灰中黑碳的含量明显高于环境土壤和沉积物中黑碳的平均含量，因而草木 灰可以成为提取制备黑碳的主要原料来源。
目前还未见有以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的报道。
发明内容
本发明目的是提供一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方 法，以充分利用大量的草木灰资源，并大大降低黑碳的生产成本。 本发明采用的技术方案是
一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方法，所述方法包括 (1)以浓度0.5 2.0mol/L的盐酸溶液处理草木灰3 8次，每次2 6小时， 得到固体用去离子水充分洗涤后进行下一步4喿作；此步骤可以去除草木灰 中的铁、铝、4丐等大部分金属离子；洗涤必须充分，以保证体系中钓离子 的去除完全，以防止在步骤(2)中生成氟化钙沉淀；(2)步骤(1 )所得 固体用含盐酸0.25 1.0mol/L和氢氟酸0.25 1.0mol/L的混合酸溶液处理 3 8次，每次2 6小时，得到固体用去离子水沖洗至冲洗液pH呈中性； 此步骤可去除硅成分和剩余的金属离子；洗涤需充分，以保证体系中盐酸 和氢氟酸的去除完全；(3)步骤(2)所得固体烘干，碾磨、过筛，得到
较均匀的黑碳吸附材料。所述的固体通常在80 105。C条件下烘干，用 80-160目筛调整黑碳吸附材料的粒度，使用黑碳吸附材料粒度均匀。获 得的黑碳吸附材料呈黑色粉末，并带有金属光泽，且性质稳定，颗粒细腻 (微米级)、具备高含碳量(大于80%)和高比表面积(约800~1100m2/g)， 可广泛用于各类污染水体的污染物吸附去除。
所用盐酸可采用工业废盐酸或商品盐酸，所述氲氟酸可采用工业废氢 氟酸或商品氢氟酸。从降低成本角度考虑，选用工业废盐酸和工业废氢氟 酸对整体工艺无明显影响，对最终生成的黑碳等级亦无明显影响，处理后 的废酸液仍具有强酸性，可作为下游化工企业的原料进行后续利用。
优选的，所述步骤(l)中盐酸溶液体积为草木灰体积的1 5倍。所 述步骤(2)中混合酸溶液体积为草木灰体积的1~5倍。
所述步骤(1)中草木灰由下列任意一种或两种以上的废弃物经燃烧 得到水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或芦苇，通常是用废弃的农作物的 秸秆经燃烧后冷却得到(使用时应除去草木灰中未燃烧的秸秆、土壤颗粒、 石块等杂质)。
具体的，所述方法如下
(1) 草木灰置于容器中，加入体积为草木灰体积1~5倍的 0.5 2.0mol/L盐酸溶液，搅拌2 6小时，静置、抽滤，取固体；
(2) 步骤(1)所得固体重复步骤(1 )步骤4 5次，得到的固体用 去离子水充分洗涤；
(3) 步骤(2)所得固体用1~5倍体积的含盐酸0.25 1.0mol/L和氢 氟酸0.25~1.0mol/L的混合酸溶液浸没，搅拌2 6小时，静置、 抽滤，取固体；
(4) 步骤(3)所得固体重复步骤(3)的操作4 5次，得到的固体 用去离子水沖洗至冲洗液呈中性；
(5) 步骤(4)所得固体于80 105。C下烘干10-12小时，碾磨、过
80 160目筛，得到所述黑碳吸附材料。 本发明的有益效果主要体现在本发明方法为农村大量剩余草木灰进 行资源化处理提供了出路；同时，通过本发明方法获得的黑碳吸附材料颗 粒细腻、具备高含碳量和高比表面积，且成本低廉，可广泛用于各类污染 水体中污染物的吸附去除。
(四)
图l为黑碳扫描电镜图；a:放大l万倍；b:放大5万倍； 图2为草木灰的红外光谱图； 图3为黑碳的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围
并不仅限于此
实施例1:
将商品浓盐酸用去离子水稀释，得到溶液A (盐酸浓度为2mol/L); 将商品氢氟酸用去离子水稀释，得到溶液B (氢氟酸浓度为2mol/L);将 溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中盐酸和氢氟 酸浓度均为1 mol/L);
在10 L塑料桶中加入2 Kg水稻秸秆草木灰(红外光谱图见图2 ), 緩慢机械搅拌下加入A溶液，调节固液体积比为1:4,室温下机械搅拌4 小时；静置后抽滤固液分离，所得液体收集待后续步骤一并处理，所得固
体用下一批次A溶液重复本步骤处理4次，最后用去离子水重复清洗5 次以去除草木灰中的铁、铝、钙等大部分金属离子；
将上一步骤得到的固体样置于另一 IOL塑料桶内，加入溶液C，调 节固液体积比1:4，室温下机械搅拌5小时；静置后抽滤固液分离，所得 液体收集待后续步骤一并处理。所得固体用下一批次C溶液重复本步骤 再处理5次，最后用去离子水重复清洗所得固体直至滤液呈中性；
将上一步骤所得固体收集后105。C下烘干12小时，碾磨后过100目 尼龙篩，即得到最终黑碳吸附剂样品，该样品呈黑色粉末状，并带有金属 光泽，其电镜扫描照片见图1,红外光谱图见图3;含碳量为82.32%、 BET 比表面积为1083 m2/g。
以上各步骤所得废酸液体(仍具有强酸性)统一收集，可作为下游化 工企业的原料进行后续利用。
实施例2:
将工业废盐酸用去离子水稀释，得到溶液A (盐酸浓度为lmol/L); 将商品氢氟酸用去离子水稀释，得到溶液B (氢氟酸浓度为lmol/L);将 溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中盐酸和氢氟 酸浓度均为0.5mol/L);
在10 L塑料桶中加入1.5 Kg小麦秸秆草木灰，緩慢机械搅拌下加入 A溶液，调节固液体积比为1:3，室温下机械搅拌6小时；静置后抽滤固 液分离，所得液体收集待后续步骤一并处理。所得固体用下一批次A溶 液重复本步骤再处理4次，最后用去离子水重复清洗4次以去除草木灰中 的铁、铝、钙等大部分金属离子；
将上一步骤得到的固体样置于另一 IOL塑料桶内，加入溶液C,调
节固液体积比1:3，室温下机械搅拌6小时；静置后抽滤固液分离，所得 液体收集待后续步骤一并处理。所得固体用下一批次C溶液重复本步骤 再处理4次，最后用去离子水重复本步骤清洗所得固体直至滤液呈中性；
将上一步骤所得固体收集后80。C下烘干11小时，碾磨后过80目尼 龙筛，即得到最终黑碳吸附剂样品，该样品呈黑色粉末状，并带有金属光 泽；含碳量为81.25%、 BET比表面积为967m2/g。
以上各步骤所得废酸液体(仍具有强酸性)统一收集，可作为下游化 工企业的原料进行后续利用。
实施例3:
将工业废盐酸用去离子水稀释，得到溶液A(盐酸浓度为0.5 mol/L); 将工业废氢氟酸用去离子水稀释，得到溶液B(氢氟酸浓度为0.5 mol/L); 将溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中盐酸和氢 氟酸浓度均为0.25 mol/L);
在10 L塑料桶中加入2 Kg玉米秸秆草木灰，緩慢机械搅拌下加入A 溶液，调节固液体积比为1:5，室温下机械搅拌5小时；静置后抽滤固液 分离，所得液体收集待后续步骤一并处理。所得固体用下一批次A溶液 重复本步骤再处理4次，最后用去离子水重复清洗5次以去除草木灰中的 铁、铝、钙等大部分金属离子；
将上一步骤得到的固体样置于另一 IOL塑料桶内，加入溶液C,调 节固液体积比1:5，室温下机械搅拌5小时；静置后抽滤固液分离，所得 液体收集待后续步骤一并处理。所得固体用下一批次C溶液重复本步骤 再处理5次，最后用去离子水重复本步骤清洗所得固体直至滤液呈中性；
将上一步骤所得固体收集后95。C下烘干10小时，碾磨后过160目尼 龙筛，即得到最终的黑碳吸附剂样品，该样品呈黑色粉末状，并带有金属
光泽；含碳量为80.44 %、 BET比表面积为851 m2/g。
以上各步骤所得废酸液体(仍具有强酸性)统一收集，可作为下游化 工企业的原料进行后续利用。
权利要求
1.一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方法，所述方法包括(1)以浓度0.5～2.0mol/L的盐酸溶液处理草木灰3～8次，每次2～6小时，得到固体后，充分用去离子水洗涤进行下一步操作；(2)步骤(1)所得固体用含盐酸0.25～1.0mol/L和氢氟酸0.25～1.0mol/L的混合酸溶液处理3～8次，每次2～6小时，得到固体用水冲洗至冲洗液呈pH中性；(3)步骤(2)所得固体烘干，碾磨、过筛，得到所述黑碳吸附材料。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(l)中盐酸溶液体积 为草木灰体积的1 5倍。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中混合酸溶液体 积为草木灰体积的1 5倍。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中烘干温度为 80 105°C。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2 )中过80-160目筛。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(l)中草木灰由下列 任意一种或两种以上的废弃物经燃烧得到水稻、玉米、高粱、小麦、 大麦、荞麦、棉花、甘蔗。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述方法如下(1 )草木灰置于容器中，加入体积为草木灰体积1~5倍的0.5~2.0mol/L 盐酸溶液，搅拌2 6小时，静置、抽滤，取固体；(2)步骤(1)所得固体重复步骤(1)步骤4 5次，得到的固体用去 离子水充分洗涤；(3) 步骤(2)所得固体用1 5倍体积的含盐酸0.25 1.0mol/L和氢氟 酸0.25-1.Omol/L的混合酸溶液浸没，撹拌2 6小时，静置、抽 滤，取固体；(4) 步骤(3)所得固体重复步骤(3)的才喿作4 5次，得到的固体用 去离子水冲洗至冲洗液呈中性；(5) 步骤(4)所得固体80 105。C下烘10 12小时，碾磨、过80 160 目筛，得到所述黑碳吸附材料。
全文摘要
本发明提供了一种以草木灰为原料提取制备黑碳吸附材料的方法，所述方法包括(1)以浓度0.5～2.0mol/L的盐酸溶液处理草木灰3～8次，每次2～6小时，得到固体用去离子水充分洗涤后进行下一步操作；(2)步骤(1)所得固体用含盐酸0.25～1.0mol/L和氢氟酸0.25～1.0mol/L的混合酸溶液处理3～8次，每次2～6小时，得到固体用去离子水冲洗至冲洗液pH呈中性；(3)步骤(2)所得固体烘干，碾磨、过筛，得到较均匀的黑碳吸附材料。本发明方法为农村大量剩余草木灰进行资源化处理提供了出路；同时，通过本发明方法获得的黑碳吸附材料颗粒细腻、具备高含碳量和高比表面积，且成本低廉，可广泛用于各类污染水体中污染物的吸附去除。
文档编号B01J20/30GK101337179SQ200810063688
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者盛光遥, 肖小雨, 邱宇平, 郑珍芝 申请人:浙江工业大学