一种磁性苦荞壳生物炭的制备方法与流程

本发明涉及磁性生物质炭领域，特别是一种磁性苦荞壳生物炭的制备方法。

背景技术：

随着我国工业化进程的加快，人们对矿产资源的需求也越来越高。然而伴随着越来越多重金属矿产资源的开采、加工与利用，含有重金属污染物的工业废水也随之增加。更重要的是，大部分重金属矿产开采、加工与利用过程中所产生的废水远高于国家的排放标准，从而导致了越来越严重的水体和土壤的重金属污染。

以工业重金属铅为例，研究发现，铅摄入过量会对生物体造成严重伤害。其能够损伤中枢神经系统，对肾、肝、生殖系统、以及大脑都有一定危害，中毒的症状包括失眠、出现幻觉、头痛、头晕、焦虑、肌无力等，研究发现，不同浓度的重金属铅会影响中国鲎的胚胎发育并导致畸形。因而，人们对于铅矿开采、加工与利用过程中所产生废水的治理的重视程度越来越高。吸附法是目前重金属废水处理的主要方法之一，其具有高效、简便和选择性好等优点。但是，目前报道的吸附剂大多价格昂贵，制备复杂，可利用性弱，再生性差。因而，开发高效、廉价、可重复利用的吸附剂是重金属离子吸附研究的主要方向。同时，吸附剂的再生和二次污染也是吸附法处理重金属废水中需着重考虑的问题。

利用农业固体废弃物来处理含重金属废水是近年来生物吸附法的研究热点之一。荞麦壳作为荞麦农业生产的一种主要副产物，其在富集重金属的特性上研究尚属空白。

通常，利用农业固体废弃物作为吸附剂主要通过物理吸附，而简单处理的农业固体废弃物比表面积小，对目标物的吸附量也十分有限；另一方面，生物炭的比表面积较大，对各种污染物的吸附效果都较好；同时，国内对生物炭表面负载磁材料的研究尚处于起步阶段，相关研究比较有限。

因此，通过利用主要农林业固体副产物，制备生物炭负磁材料，优化吸附条件，确定吸附模型具有极高的创新性。鉴于此，本发明将苦荞农业生产主要副产物—苦荞壳制成磁性生物炭，通过利用其对废水中pb²⁺进行吸附效果探究，最终为苦荞壳的高效利用指明一条新的方向，磁性苦荞壳生物炭作为一种新型的吸附材料，其运用于实际工业重金属废水处理具有极大的应用前景。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种磁性苦荞壳生物炭的制备方法，解决了以往生物质炭无法高效去除污染水体中的重金属、难以回收、工艺复杂、成本高和易产生二次污染的问题。

一种磁性苦荞壳生物炭的制备方法，包括以下步骤：

s1：将苦荞壳在去离子水中浸泡30min，清洗干净，在温度设定为105℃的干燥箱中烘干；

s2：用粉碎机将苦荞壳粉碎并过筛，过筛孔直径0.075mm，200目；

s3：将fe³⁺：fe²⁺的摩尔比为2:1的fecl3.6h2o、fecl2.4h2o活化剂混合加入370ml去离子水中充分溶解；

s4：加入15g的苦荞壳，同时加入30ml浓氨水，高速搅拌1h后密封静置1h，用超纯水洗至中性后置于70℃烘箱中，干燥至恒重，贮于干燥器中保存，得到磁性苦荞壳；

s5：将磁性苦荞壳在马弗炉中密闭加热，温度为700℃，炭化处理时间为3h，加热完全后，贮于干燥器中保存，得到磁性苦荞壳生物炭；

s6：利用苦荞壳，磁性苦荞壳，和得到的磁性苦荞壳生物炭，分别比较其对水体中pb²⁺的吸附效果，并评价磁性苦荞壳生物炭对水体重金属的去除效率。

优选地，s1和s2均用于保证最佳生物炭原材料的粒径。

优选地，s6的水体中pb²⁺浓度为100mg/l，水体温度为25℃，对于水体中重金属的吸附时间为60-120min。

优选地，s6的验证磁性苦荞壳生物炭对水体重金属的吸附作用的验证条件为，吸附剂投加量为0.05g、温度为25℃、震荡时间为4h、溶液体积为50ml、模拟重金属含pb²⁺废水浓度为100mg/l，比较苦荞壳、磁性苦荞壳、磁性苦荞壳生物炭对含pb²⁺重金属废水的处理效果。

本发明磁性苦荞壳生物炭的制备方法的有益效果如下：

1.对污染水体中重金属有较高的去除效果，在适宜条件下单位质量吸附剂对pb²⁺的平均吸附量达到96mg/g。

2.磁性苦荞壳生物炭能够通过解析吸附再生进行重复利用，经过六次解析后，其去除效果为原来的百分之七十左右。

3.其工艺简单，成本低廉，且不会产生二次污染，利用外加磁场易进行固液分离。

附图说明

图1为本发明磁性苦荞壳生物炭的制备方法的总流程框图。

图2为本发明磁性苦荞壳生物炭的制备方法的三种不同的吸附剂对铅的吸附效果对比图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种磁性苦荞壳生物炭的制备方法，包括以下步骤：

s1：将苦荞壳在去离子水中浸泡30min，清洗干净，在温度设定为105℃的干燥箱中烘干；

s2：用粉碎机将苦荞壳粉碎并过筛，过筛孔直径0.075mm，200目；

s3：将fe³⁺：fe²⁺的摩尔比为2:1的fecl3.6h2o、fecl2.4h2o活化剂混合加入370ml去离子水中充分溶解；

s4：加入15g的苦荞壳，同时加入30ml浓氨水，高速搅拌1h后密封静置1h，用超纯水洗至中性后置于70℃烘箱中，干燥至恒重，贮于干燥器中保存，得到磁性苦荞壳；

s5：将磁性苦荞壳在马弗炉中密闭加热，温度为700℃，炭化处理时间为3h，加热完全后，贮于干燥器中保存，得到磁性苦荞壳生物炭；

s6：利用苦荞壳，磁性苦荞壳，和得到的磁性苦荞壳生物炭，分别比较其对水体中pb²⁺的吸附效果，并评价磁性苦荞壳生物炭对水体重金属的去除效率。

本实施方案的s1和s2均用于保证最佳生物炭原材料的粒径。

本实施方案的s6的水体中pb²⁺浓度为100mg/l，水体温度为25℃，对于水体中重金属的吸附时间为60-120min。本实施方案的s6的验证磁性苦荞壳生物炭对水体重金属的吸附作用的验证条件为，吸附剂投加量为0.05g、温度为25℃、震荡时间为4h、溶液体积为50ml、模拟重金属含pb²⁺废水浓度为100mg/l，比较苦荞壳、磁性苦荞壳、磁性苦荞壳生物炭对含pb²⁺重金属废水的处理效果。本实施方案在实施时，磁性生物炭制备

(1)苦荞壳预处理

将苦荞壳在去离子水中浸泡30min，洗净，在干燥箱中烘干(温度为105℃),然后用粉碎机将其粉碎，过筛；

(2)共沉淀法制备磁性苦荞壳

将fe³⁺：fe²⁺的摩尔比为2:1的fecl3.6h2o、fecl2.4h2o活化剂混合加入370ml去离子水中充分溶解，然后加入15g苦荞壳，同时加入30ml浓氨水，高速搅拌1h后密封静置1h，用超纯水洗至中性后置于烘箱中70℃干燥至恒重，贮于干燥器中保存，得到磁性苦荞壳。

(3)磁性苦荞壳生物炭的制备

将上述筛选出的磁性苦荞壳在700℃下于马弗炉中密闭加热3h，加热完全后，贮于干燥器中保存，并筛选出最终的磁性苦荞壳生物炭。

2.三种吸附剂(苦荞壳、磁性苦荞壳、磁性苦荞壳生物炭)对废水中pb²⁺的吸附效果

其中，处理条件均为在吸附剂投加量为1g/l，转速为180rad/min，温度为25℃，吸附时间为4h，模拟含铅废水溶液初始浓度为100mg/l。

选用15g苦荞壳作为最终的共沉淀法进行负磁；

三种不同的吸附剂对pb²⁺的吸附效果对比如附图2，由图2可知，对pb²⁺的吸附容量：磁性苦荞壳生物炭>磁性苦荞壳>苦荞壳。由图可知，不同吸附剂之间，对pb²⁺的平均吸附容量差异显著。苦荞壳对pb²⁺的吸附效果不理想，平均吸附容量仅为15.23mg/g；磁性苦荞壳的吸附效率较苦荞壳有所提高，对pb²⁺的平均吸附容量提升为31.48mg/g；而经过高温煅烧的磁性苦荞壳生物炭其吸附效果最佳，对pb²⁺的平均吸附容量分别为96mg/g，分别为苦荞壳对pb²⁺吸附效果的6.3倍，为磁性苦荞壳的3.1倍。由此可见磁性苦荞壳生物炭对铅的吸附效果优势明显。