一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法

本发明涉及染料污染物处理，具体涉及一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法。

背景技术：

1、染料是有色芳香族有机化合物，可吸收光线并为可见区域赋予颜色。广泛应用于纺织、食品、橡胶、印刷、化妆品、制药、塑料、混凝土、造纸等行业纺织工业是第一应用领域，产生大量的染料废水。如果废水被排放废水中的染料会直接通过增强阳光的吸光度来干扰水生植物的生长，从而降低其光合活性，对环境造成严重的生态问题。最常用的亚甲蓝(mb)染料是一种阳离子杂环化合物，化学式为c16h18n3scl。它于1876年由badischeanilin和sodafabrik的heinrich caro首次合成，作为苯胺基合成染料，广泛用于tex的染色过程。研究表明，mb在一定条件下可分解生成一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等有害气体。长期接触mb可引起高铁血红蛋白血症、腹泻、过敏性皮炎和癌症。因此，人们对废水中mb的去除做了大量的研究。废水中染料的去除方法主要有光降解、离子交换、吸附、混凝、氧化、生物法等。然而，吸附被认为是最可持续的染料去除方法之一，因为它设计简单，经济可行，高效且环保。生物炭(bc)是在缺氧或厌氧条件下通过生物质热解获得的富碳固体产品。近年来，它已被广泛用作废水处理和土壤修复中的吸附剂。bc的原料主要来自农林废弃物、工业废弃物和畜禽粪便。bc的理化性质主要受原料来源影响。其中，从农林废弃物中提取的木质素和纤维素可形成多孔结构，有利于通过填孔作用去除污染物。然而，原始bc在吸附染料污染物方面仍然存在一些局限性。在许多情况下，直接热解制成的生物炭对染料污染物的吸附效果存在较大的局限性，这种局限性主要是因为单纯控制碳化条件难以改变生物炭孔隙、比表面积大小以及表面含氧官能团等影响吸附性能的因素，因此导致原始生物炭对染料污染物体现出的吸附效果不佳。

2、因此，需要对原始生物炭进行改性，通过改变生物炭孔隙、比表面积大小以及表面含氧官能团等来促进生物炭对染料污染物的吸附性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，通过改变生物炭孔隙、比表面积大小以及表面含氧官能团等来促进生物炭对染料污染物的吸附性。

2、本发明的利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，包括以下步骤：

3、s1，将复合致孔剂份、2-硫脲嘧啶、活化剂、改性剂、氯化钙溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮、环糊精、二氧化硅纳米颗粒、聚糠醇和氯化铁溶于去离子水中，然后加入生物炭粉末原料后强力搅拌分散均匀，再超声分散，随后将混合液放入100-110℃烘箱中干燥；

4、s2，将干燥后的产物置于管式炉中在温度为700-900℃，在氮气氛围下慢速热解，待热解完成冷却至室温，然后将产物进行球磨，制得米球改性状生物炭，所述改性生物炭具有相互连通的大孔、介孔、微孔三维网络结构，且大孔、介孔、微孔形成梯度孔隙结构；

5、进一步，步骤s2中，采用行星式球磨机球磨30-40分钟，球磨机转速为1500转/分，球磨后过100目筛；

6、进一步，步骤s1中，生物炭粉末原料粒径为20-40目；

7、进一步，按重量份，生物炭粉末原料100-200份、复合致孔剂5-15份、2-硫脲嘧啶1-5份、活化剂2-4份、改性剂5-10份、氯化钙溶液20-30份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4-8份、聚乙烯吡咯烷酮3-7份、环糊精20-30份、二氧化硅纳米颗粒30-40份、聚糠醇5-10份、10-15份氯化铁；

8、进一步，所述复合致孔剂为咪唑离子液体、聚乙烯醇缩丁醛与二胺四乙酸二钠的混合物；

9、进一步，按质量百分比咪唑离子液体、聚乙烯醇缩丁醛：二胺四乙酸二钠＝3：2：1；

10、进一步，所述活化剂为氯化锌和三聚氰胺的混合物；

11、进一步，按质量比氯化锌：三聚氰胺＝2：1；

12、进一步，所述改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷与无水乙醇的混合物；所述生物炭原料为稻草；

13、进一步，按重量份，生物炭原料150份、复合致孔剂10份、2-硫脲嘧啶3份、活化剂3份、改性剂7份、氯化钙溶液25份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸7份、聚乙烯吡咯烷酮5份、环糊精25份、二氧化硅纳米颗粒35份、聚糠醇7份、12份氯化铁。

14、本发明的有益效果：本发明的一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，在制备过程中先采用化学物质对原生物炭进行改性处理，再采用球磨技术进行改性处理，使改性生物炭具有特殊的孔隙结构，孔隙结构更丰富，比表面积更大，芳香性增强，极性增大，表面官能团更丰富，含氧官能团增加，进而大大增强吸附性，且有一定的抗离子干扰能力。该改性生物炭对染料污染物的吸附过程不局限于单分子层吸附，而是以多分子层不均匀吸附为主，且主要的吸附机制为静电作用、疏水作用、氢键作用、孔填充作用和π-π堆积相互作用等，吸附过程属于自发的吸热过程，且具有良好的再生性能。

技术特征：

1.一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：步骤s2中，采用行星式球磨机球磨30-40分钟，球磨机转速为1500转/分，球磨后过100目筛。

3.根据权利要求2所述的利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：步骤s1中，生物炭粉末原料粒径为20-40目。

4.根据权利要求1所述的利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：按重量份，生物炭粉末原料100-200份、复合致孔剂5-15份、2-硫脲嘧啶1-5份、活化剂2-4份、改性剂5-10份、氯化钙溶液20-30份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4-8份、聚乙烯吡咯烷酮3-7份、环糊精20-30份、二氧化硅纳米颗粒30-40份、聚糠醇5-10份、10-15份氯化铁。

5.根据权利要求4所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：所述复合致孔剂为咪唑离子液体、聚乙烯醇缩丁醛与二胺四乙酸二钠的混合物。

6.根据权利要求5所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：按质量百分比咪唑离子液体、聚乙烯醇缩丁醛：二胺四乙酸二钠＝3：2：1。

7.根据权利要求4所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：所述活化剂为氯化锌和三聚氰胺的混合物。

8.根据权利要求7所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：按质量比氯化锌：三聚氰胺＝2：1。

9.根据权利要求4所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：所述改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷与无水乙醇的混合物；所述生物炭原料为稻草。

10.根据权利要求4所述的一种利用球磨机械力化学技术制备改性生物炭的方法，其特征在于：按重量份，生物炭原料150份、复合致孔剂10份、2-硫脲嘧啶3份、活化剂3份、改性剂7份、氯化钙溶液25份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸7份、聚乙烯吡咯烷酮5份、环糊精25份、二氧化硅纳米颗粒35份、聚糠醇7份、12份氯化铁。

技术总结
本发明公开一种利用球磨机械力协同化学技术制备改性生物炭的方法，包括将复合致孔剂份、2‑硫脲嘧啶、活化剂、改性剂、氯化钙溶液、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮、环糊精等溶于去离子水中，然后加入生物炭粉末原料后强力搅拌分散均匀，再超声分散，随后将混合液放入烘箱中干燥；将干燥后的产物置于管式炉中在氮气氛围下慢速热解，待热解完成冷却至室温，然后将产物进行球磨，在制备过程中先采用化学物质对原生物炭进行改性处理，再采用球磨技术进行改性处理，使改性生物炭具有特殊的孔隙结构，孔隙结构更丰富，比表面积更大，芳香性增强，极性增大，表面官能团更丰富，含氧官能团增加，进而大大增强吸附性，且有一定的抗离子干扰能力。

技术研发人员：谭云峰,詹玲玲,王金霞
受保护的技术使用者：重庆工程职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25