一种药渣改性生物炭、制备方法及其应用与流程

本发明属于重金属污染环境水处理，尤其涉及一种药渣改性生物炭、制备方法及其应用。

背景技术：

1、

2、目前许多技术已经被用来治理重金属的污染。土壤和水体中的污染，包括氧化还原法、电化学方法、植物整治技术、纳滤和吸附法。其中，吸附法以其经济高效、原位修复、操作简单、选择性高等优点迅速成为研究人员重点关注的方法。在许多吸附剂中，生物炭作为吸附剂中的一种，相较于其他吸附材料，其表面疏松多孔，比表面积大，具有丰富的表面官能团，且对重金属离子有固碳能力。这些特性在吸附水中的重金属cr(vi)等污染物方面具有巨大的潜力。

3、原材料直接炭化制备得到的原始生物炭虽有较多优点，但原始生物炭因其自身理化性质如孔隙度、比表面积和表面官能团的限制，在吸附重金属的过程中，吸附效率有部分限制，直接进行吸附效果欠佳，因此有必要对生物炭的理化性质和表面结构等进行修饰，从而提升生物炭的吸附效率。我们常用的一些改性化学剂有氢氧化钠、盐酸、fe、过氧化氢、磷酸、氯化锌等。因此，通过预实验最终选取氯化锌作为改性剂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种药渣改性生物炭、制备方法及其应用。

2、本发明是通过以下步骤实现的：一种药渣改性生物炭的制备方法，所述制备方法将药渣晒干、粉碎并过筛后得到药渣粉；将药渣粉与一定质量浓度的氯化锌溶液混合，按照一定比例混匀后置于瓷坩埚中并进行振荡处理；震荡完毕后把混合物置于马弗炉中，将马弗炉升温至一定温度进行炭化处理后，冷却至室温，得到生物炭；将生物炭置于盐酸溶液中搅拌均匀，之后通过抽滤装置进行固液分离，用去离子水清洗上清液至中性，将生物炭转移至培养皿，烘干至恒重，贮存至干燥器，备用；最终得到药渣改性生物炭。

3、进一步，所述制备方法具体包括：

4、(1)将药渣通风晒干后粉碎，过100目筛得到药渣粉；

5、(2)将药渣粉与一定质量浓度氯化锌溶液混合，按照一定浸渍比放入瓷坩埚中，混合后在一定条件下置于水浴振荡器上进行振荡处理；

6、(3)将上述(2)中处理后的混合物置于马弗炉中，将马弗炉升温进行炭化处理后，冷却至室温，得到生物炭；

7、(4)将生物炭置于50ml一定浓度盐酸溶液中搅拌均匀，之后通过抽滤装置进行固液分离，用去离子水清洗上清液至中性，将生物炭转移至培养皿，烘干至恒重，贮存到干燥器，备用。最终得到该药渣改性生物炭。

8、进一步，步骤(2)中的药渣与氯化锌的浸渍比为250％(1:2.5)，氯化锌溶液的质量浓度为300g/l；振荡条件为：在30℃、170rpm条件下，置于水浴振荡器振荡24h。

9、进一步，步骤(3)中的炭化条件为：将马弗炉温度由室温升温到500-600℃开始计时，保持温度在500-600℃炭化50min。

10、进一步，步骤(4)中的盐酸溶液浓度为0.1mol/l，烘干温度为100℃。

11、本发明的目的在于提供一种实施所述药渣改性生物炭的制备方法。

12、本发明的另一目的在于提供一种所述药渣改性生物炭去除水体中重金属cr(vi)中的应用。

13、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

14、第一，本发明提供的药渣改性生物炭的制备方法，本发明中，利用氯化锌对药渣进行改性时，不需要使用额外的化学试剂，通过晒干粉碎过筛混合炭化后，即可直接制得比表面积更大、孔容变大和多孔结构更丰富的氯化锌改性药渣生物炭，具体来说，本发明通过氯化锌对药渣进行改性制得的药渣改性生物炭，可以实现二者的优势互补，其一，生物炭作为载体，是一种经济、高效的吸附剂，而且在经过氯化锌对药渣的改性处理后，具有更大的比表面积和更丰富的孔隙结构，因而可以显著改善原始生物炭吸附能力弱的问题，实现对水体中重金属cr(vi)的吸附；其二，经过炭化，通过高温炭化改性过程可以将锌颗粒以胶质或纳米锌颗粒的形式固定到生物炭的表面或孔隙中，得到的药渣改性生物炭能够显著提高其比表面积，孔隙结构更丰富。制备得到的药渣改性生物炭吸附水体中重金属cr(vi)的方法具有处理效率高、吸附效果好、工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，可实现对水体中重金属cr(vi)的高效吸附，有着很好的使用价值和应用价值。

15、第二，原材料直接炭化制得的原始生物炭因其自身理化性质如孔隙度、比表面积和表面官能团的限制，吸附重金属污染时吸附效果欠佳。本发明通过氯化锌改性制得的药渣改性生物炭的平均孔径相比原始药渣生物炭减少了，对于药渣改性生物炭微孔结构的形成有利，药渣改性生物炭的比表面积和总孔容较原始生物炭有较大提升，其中比表面积从14.3814m2/g提升为178.893m2/g，总孔容从0.0611cm3/g提升为0.2176cm3/g，比表面积比原始生物炭大10倍多，进一步表明药渣改性生物炭更有利于对重金属cr(vi)的吸附。

16、本发明的制备药渣改性生物炭的方法还具有以下的积极效果和优点：

17、1)利用药渣资源，降低了生产成本。药渣通常被视为废弃物，但通过这个方法，可以将其转化为有用的生物炭。这样不仅可以减少废弃物的量，还可以节约生产成本。

18、2)生物炭具有良好的吸附性能。生物炭的孔隙结构可以吸附一些有害物质，如重金属、有机污染物等。因此，这种药渣改性生物炭可以作为一种环保材料，用于水处理、空气净化等领域。

19、3)制备方法简单易行。这个方法中使用的设备和材料都比较简单，且步骤也比较少。因此，这个方法可以在较小的实验室中进行，具有一定的普适性。

20、4)可以控制生物炭的性质。这个方法中可以通过调整制备条件，如温度、浸渍比等来控制生物炭的性质，如孔隙度、比表面积等，从而得到不同性质的生物炭。

21、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

22、本发明采用的原材料药渣，其内富含丰富的纤维素、半纤维素和木质素。药渣一般处理方式为堆放和焚烧等，浪费资源的同时还造成一定程度环境污染。而药渣经过高温热解制备生物炭后，一定程度上减轻了有机固体废弃物的处理压力，实现了有机固体废弃物的资源化利用，变废为宝。而药渣经过改性制备的药渣改性生物炭与原始生物炭相比，药渣改性生物炭能够显著增大生物炭比表面积、孔隙结构，同时改性后的药渣生物炭吸附水体重金属cr(vi)预期效果相比改性前有很大提升，为今后应用价值也提供一定的理论支撑。

技术特征：

1.一种药渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法将药渣晒干、粉碎并过筛后得到药渣粉；将药渣粉与一定质量浓度的氯化锌溶液混合，按照一定比例混匀后置于瓷坩埚中并进行振荡处理；震荡完毕后把混合物置于马弗炉中，将马弗炉升温至一定温度进行炭化处理后，冷却至室温，得到生物炭；将生物炭置于盐酸溶液中搅拌均匀，之后通过抽滤装置进行固液分离，用去离子水清洗上清液至中性，将生物炭转移至培养皿，烘干至恒重，贮存至干燥器，备用；最终得到药渣改性生物炭。

2.如权利要求1所述药渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：

3.如权利要求1所述药渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的药渣与氯化锌的浸渍比为250％，氯化锌溶液的质量浓度为300g/l；振荡条件为：在30℃、170rpm条件下，置于水浴振荡器振荡24h。

4.如权利要求1所述药渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的炭化条件为：将马弗炉温度由室温升温到500-600℃开始计时，保持温度在500-600℃炭化50min。

5.如权利要求1所述药渣改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的盐酸溶液浓度为0.1mol/l，烘干温度为100℃。

6.一种实施如权利要求1～5任一项所述方法制备得到的药渣改性生物炭。

7.一种如权利要求6所述药渣改性生物炭在去除水体中重金属cr(vi)的应用。

技术总结
本发明属于重金属污染环境水处理技术领域，公开了一种药渣改性生物炭、制备方法及其应用，将药渣晒干、粉碎并过筛后得到药渣粉；将药渣粉与一定质量浓度的氯化锌溶液混合，按照一定比例混匀后置于瓷坩埚中并进行振荡处理；震荡完毕后把混合物置于马弗炉中，将马弗炉升温至一定温度进行炭化处理后，冷却至室温，得到生物炭；将生物炭置于盐酸溶液中搅拌均匀，之后通过抽滤装置进行固液分离，用去离子水清洗上清液至中性，将生物炭转移至培养皿，烘干至恒重，贮存至干燥器，备用。最终得到药渣改性生物炭。本发明采用药渣有机固体废弃物为原料，改善药渣通过堆放和焚烧等方式污染环境的缺陷，减轻有机固体废弃物的处理压力，实现变废为宝。

技术研发人员：谢芳,邓葵,彭小武,张洁,李敏,胡潇涵,易鸳鸯,吴智慧,田世英
受保护的技术使用者：新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13