一种咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法及其应用

本发明涉及一种咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法及其应用，属于生物质吸附剂。

背景技术：

1、随着工业化的不断推进，重金属废水的排放成为严重威胁环境和人类健康的问题。废水中的重金属污染物，例如铅、镉等，具有强烈的毒性和蓄积性，其进入自然水体后会引发生态破坏，危害水生生物，甚至对人类造成长期潜在威胁。面对这一问题，迫切需要开发一种高效、经济、环保的废水处理方法。

2、赤泥和咖啡渣分别是工业和农业领域中产生的副产品，堆存量巨大，其资源的合理利用成为环保领域的研究热点。赤泥富含铁、铝等元素，而咖啡渣则富含纤维素、半纤维素和木质素以及有机物质，两者携手具备协同吸附重金属的潜力。相较于水热炭化，高温热解制备炭材料存在能源消耗高、环境影响大的缺陷。易导致原料结构破坏，这降低了炭材料的比表面积，并产生有害气体。这限制了其在绿色制备炭材料方面的应用。因此，水热炭化制备炭材料相较于高温热解具有显著优势。

3、将咖啡渣和赤泥共水热作为一种绿色环保的处理方法，能够有效改善废弃物的性质，增强其吸附能力，具有巨大的潜在应用前景。通过在高温高压条件下使赤泥和咖啡渣发生水热炭化，炭材料表面引入孔隙结构和活性官能团，形成具有良好吸附性能的改性炭材料。该方法不仅能够解决重金属废水治理的问题，还能有效减轻赤泥和咖啡渣带来的环境负担，实现资源的综合利用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法，包括以下步骤：

2、(1)将赤泥干燥、研磨、过100目筛，得到赤泥粉末。

3、(2)将咖啡渣干燥、研磨、过100目筛，得到咖啡渣粉末。

4、(3)将步骤(1)制得的赤泥粉末和步骤(2)制得的咖啡渣粉末充分混合，混合物加入去离子水中，经磁力搅拌以300rpm、搅拌10min使其均匀混合，置于不锈钢反应釜中进行共水热处理。

5、(4)共水热反应结束自然冷却至室温后，将所得固液混合产物进行抽滤，得到的固体产物用无水乙醇洗涤，烘干后即得到所述咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料。

6、优选的，步骤(1)中，赤泥的干燥条件是在105℃下干燥12h。

7、优选的，步骤(2)中，咖啡渣的干燥条件是在105℃下干燥12h。

8、优选的，步骤(3)去离子水中赤泥粉末的加入量为0.08-0.15g/ml，咖啡渣粉末的加入量为0.07-0.2g/ml。

9、优选的，步骤(3)中，所述的共水热处理温度为160-200℃。

10、优选的，步骤(3)中，所述的共水热处理时间为0.5-4h。

11、本发明制备得到的改性铁炭材在吸附废水中重金属的应用，所述重金属为pb或cd。

12、本发明的有益效果

13、(1)使用水热法进行制备不会导致原料结构破坏，不会降低了炭材料的比表面积，并不会产生有害气体。

14、(2)本发明不需要额外添加任何物质，只需加入离子水，工艺流程绿色环保，不产生二次污染；该改性铁炭材料应用于含重金属废水的处理中，能够在不引入外部化学剂的情况下，有效降低废水中重金属的含量，这一独特特性不仅简化了废水处理工艺，减少了对外部化学药剂的依赖，同时也确保了环境友好的生产过程。

15、(3)本发明提供的咖啡渣和赤泥共水热改性铁炭材料的制备工艺简单，易于操作，具有良好的长期稳定性，制备过程中不需要繁琐的步骤，只需按照设定的条件进行共水热处理即可，该简化的工艺流程既提高了生产效率，又降低了制备成本，为规模化生产提供了可行性。

16、(4)本发明同时提高赤泥和咖啡渣的使用价值和经济价值，实现了多源固废的协同利用。

17、(5)本发明所使用的原料赤泥和咖啡渣来源广泛，成本低廉，赤泥作为氧化铝生产的副产品，在铝工业中具有丰富且稳定的来源，同时，咖啡渣则是咖啡生产后的常规副产物，其产量庞大且常年稳定，特点在于低成本且易获取，这两种原料的广泛可得性有助于提高生产的规模和经济效益。

技术特征：

1.一种咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)去离子水中赤泥粉末的加入量为0.08-0.15g/ml，咖啡渣粉末的加入量为0.07-0.2g/ml。

3.根据权利要求1所述咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的共水热处理温度为160-200℃。

4.根据权利要求1所述咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的共水热处理时间为0.5-4h。

5.如权利要求1-4任一所述方法制备得到的铁炭材料在吸附废水中重金属的应用。

技术总结
本发明公开了一种咖啡渣和赤泥共水热的改性铁炭材料的制备方法及其应用，制备方法包括以下步骤：先将咖啡渣和赤泥原料在105℃鼓风干燥箱中干燥12h；接着将干燥后的咖啡渣和赤泥进行研磨、筛分处理；最后将处理过的咖啡渣和赤泥与去离子水均匀混合后进行共水热处理，反应结束自然冷却至室温后抽滤，用无水乙醇洗涤，烘干后得到咖啡渣和赤泥共水热的改性炭材料。本发明还包括采用所述方法制备得到的改性炭材料在吸附废水中重金属的应用。本发明可以消纳处理大量的固废赤泥，同时解决了咖啡渣的堆存问题，处理工艺简单，对缓解重金属水污染问题具有重要意义，实现了以废治废的目的。

技术研发人员：刘泽伟,崔玉婷,周越,李彬,张晋
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10