一种成型生物碳及其制备方法_2

文档序号:9638234阅读:来源:国知局
°C~90°C,最优选为80°C;所述烘干的 时间优选为1~24h,更优选为8~12h。
[0048] 烘干后,优选进行研磨,得到负载有三氯化铁的生物质。
[0049] 将所述负载有三氯化铁的生物质、粘土与水混合,优选先将负载有三氯化铁的生 物质与粘土混合,再加入水和成团;然后优选成型;所述成型的方法优选为利用压力压入 模板内,加热;所述加热的温度优选为50°C~80°C,更优选为70°C~80°C;所述加热的时间 优选为2~6h,更优选为3~5h,最优选为4h。混合物会由于脱水体积萎缩而与模板分离 成型。
[0050] 成型后,进行烘干;所述烘干的温度优选为80°C~120°C,更优选为90°C~120°C, 再优选为100°c~110°C,最优选为105°C;所述烘干的时间优选为0. 5~24h,更优选为2~ 12h,再优选为8~12h。
[0051] 烘干后,在惰性气体保护的条件下进行热解;所述惰性气体为本领域技术人员熟 知的惰性气体即可,并无特殊的限制,本发明中优选为氮气;所述热解为本领域技术人员熟 知的热解方法即可,并无特殊的限制,本发明中优选采用快速热解;所述热解的温度优选为 500 °C~800 °C,更优选为600 °C~800 °C,再优选为600 °C~700°C;所述热解的时间优选为 0. 5~3h,更优选为1~2h。
[0052] 本发明制备所需的原料来源广泛,廉价易得,在处理水体污染的同时,实现了废弃 生物质的资源化利用;同时,在成型生物碳的制备中加入三氯化铁可提高生物碳吸附剂的 产率。
[0053] 本发明还提供了一种上述成型生物碳在吸附处理水体系中氯酚类物质中的应用。 所述氯酚类物质为本领域技术人员熟知的氯酚类物质即可,并无特殊的限制,本发明中优 选为4-氯酸。
[0054] 为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种成型生物碳及其制 备方法进行详细描述。
[0055] 以下实施例中所用的试剂均为市售。
[0056] 实施例1
[0057] 1. 1原料预处理:粉粹锯末,过筛,留取100~200目筛分出的锯末,80°C烘干;高 岭土过1500目筛,105°C烘干备用。
[0058] 1. 2将lOmmol三氯化铁、10.0g1. 1中处理后的锯末与500ml水在超声辅助下混 合分散,然后将混合液转移至烧瓶中,在25°C水浴摇床中180r/min震荡12h,之后利用旋转 蒸发仪将烧瓶中的水分蒸干,将固体复合物在80°C下烘干,研磨均匀后,得到负载有三氯化 铁的生物质。
[0059] 1. 3将1. 2中得到的负载有三氯化铁的生物质与1. 1中处理后的高岭土按照质量 比1:3的比例混合,加入水和成团,利用一定的压力将其压入模板内,连同模板80°C烘4h, 颗粒会因脱水体积萎缩而与模板分离,然后将颗粒在l〇5°C下烘干,再利用快速热,解炉, 在氮气氛围下,进行650°C快速热解,热解时间为lh,得到成型生物碳。
[0060] 图1为实施例1成型生物碳的制备流程示意图。
[0061] 对实施例1中得到的成型生物碳的散失率(SR)进行测定,方法如下:取10个实施 例1中得到的成型生物碳的完整颗粒,105°C烘干后称其质量,记为m。;然后讲其放入100ml 锥形瓶中,添加30ml纯水,将锥形瓶置于摇床上,25°C200r/min震荡12h,之后用筛板过滤, 取其中粒径大于1. 5mm的颗粒,105°C烘干后称重,记为m;散失率:S=m/mQ*100% (每种 材料做3组,结果取均值);得到散失率的测定结果见表1,由表1可知,随着三氯化铁负载 量的增加,散失率逐渐降低,随着热处理温度的升高,散失率逐渐降低,且只有三氯化铁可 提高材料稳定性,NaCl与Fe(N03)3不具备此效果。
[0062] 表1成型生物碳散失率测定结果
[0063]
[0064] 注:Fex_GBCy;其中,X为FeCl3在锯末上的负载量(mmol/g),y为热解温度(°C)。
[0065] 对实施例1中得到的成型生物碳的4-氯酚(4-CP)吸附能力进行评估:将一定质 量的实施例1中得到的成型生物碳加入盛有150ml4-氯酚溶液的250ml具塞锥形瓶中,吸 附过程在25°C水浴、150r/min的摇床中进行,固定时间点取样测定污染物的浓度,得到其 吸附动力学曲线图,如图2所示。
[0066] 对实施例1中得到的生物碳的产率进行测定,得到结果见表2。
[0067] 表2生物碳产率的测定结果
[0068]
[0069] 实施例2
[0070] 2. 1原料预处理:粉粹锯末,过筛,留取100~200目筛分出的锯末,80°C烘干;高 岭土过1500目筛,105°C烘干备用。
[0071] 2. 2将30mmol三氯化铁、10. 0g2. 1中处理后的锯末与500ml水在超声辅助下混 合分散,然后将混合液转移至烧瓶中,在25°C水浴摇床中180r/min震荡12h,之后利用旋转 蒸发仪将烧瓶中的水分蒸干,将固体复合物在80°C下烘干,研磨均匀后,得到负载有三氯化 铁的生物质。
[0072] 2. 3将2. 2中得到的负载有三氯化铁的生物质与2. 1中处理后的高岭土按照质量 比1:3的比例混合,加入水和成团,利用一定的压力将其压入模板内,连同模板80°C烘4h, 颗粒会因脱水体积萎缩而与模板分离,然后将颗粒在l〇5°C下烘干,再利用快速热,解炉, 在氮气氛围下,进行650°C快速热解,热解时间为lh,得到成型生物碳。
[0073] 对实施例2中得到的成型生物碳的散失率(SR)进行测定,方法如下:取10个实施 例2中得到的成型生物碳的完整颗粒,105°C烘干后称其质量,记为m。;然后讲其放入100ml 锥形瓶中,添加30ml纯水,将锥形瓶置于摇床上,25°C200r/min震荡12h,之后用筛板过滤, 取其中粒径大于1. 5mm的颗粒,105°C烘干后称重,记为m;散失率:S=m/mQ*100% (每种 材料做3组,结果取均值);得到散失率的测定结果见表1。
[0074] 对实施例2中得到的成型生物碳的4-氯酚(4-CP)吸附能力进行评估:将一定质 量的实施例2中得到的成型生物碳加入盛有150ml4-氯酚溶液的250ml具塞锥形瓶中,吸 附过程在25°C水浴、150r/min的摇床中进行,固定时间点取样测定污染物的浓度,得到其 吸附动力学曲线图,如图2所示。
[0075] 对实施例2中得到的成型生物碳的产率进行测定,得到结果见表2。
[0076] 实施例3
[0077] 3. 1原料预处理:粉粹锯末,过筛,留取100~200目筛分出的锯末,80°C烘干;高 岭土过1500目筛,105°C烘干备用。
[0078] 3. 2将50mmol三氯化铁、10. 0g3. 1中处理后的锯末与500ml水在超声辅助下混 合分散,然后将混合液转移至烧瓶中,在25°C水浴摇床中180r/min震荡12h,之后利用旋转 蒸发仪将烧瓶中的水分蒸干,将固体复合物在80°C下烘干,研磨均匀后,得到负载有三氯化 铁的生物质。
[0079] 3. 3将3. 2中得到的负载有三氯化铁的生物质与3. 1中处理后的高岭土按照质量 比1:3的比例混合,加入水和成团,利用一定的压力将其压入模板内,连同模板80°C烘4h, 颗粒会因脱水体积萎缩而与模板分离,然后将颗粒在l〇5°C下烘干,再利用快速热,解炉, 在氮气氛围下,进行650°C快速热解,热解时间为lh,得到成型生物碳。
[0080] 对实施例3中得到的成型生物碳的4-氯酚(4-CP)吸附能力进行评估:将一定质 量的实施例3中得到的成型生物碳加入盛有150ml4-氯酚溶液的250ml具塞锥形瓶中,吸 附过程在25°C水浴、150r/min的摇床中进行,固定时间点取样测定污染物的浓度,得到其 吸附动力学曲线图,如图2所示与图14所示,得到其吸附等温曲线图,如图15 ;成型生物碳 对4-氯酚(4-CP)吸附能力测试结果见表4;得到成型生物碳中生物碳部分的吸附等温曲 线图,如图16所示;成型生物碳中生物碳部分对4-氯酚(4-CP)吸附能力测试结果见表5。 由吸附能力测试结果可知:承担4-氯酚吸附作用的主要角色是生物碳;掺杂了三氯化铁之 后制备的成型生物碳比不含三氯化铁的成型生物碳具有更优异的吸附性能;就颗粒中单纯 的生物碳部分而言,4-氯酚吸附容量不受三氯化铁的影响,大约维持在250mg/g左右;生物 碳的热解产率结果表明随着三氯化铁添加量的增加,生物碳产率逐渐增大。
[0081] 利用扫描电子显微镜对实施例3中得到的成型生物碳进行分析,得到其SEM图,如 图3与图4所示,由图3与图4可知,添加三氯化铁的材料微观结构更为致密,所以成型生 物碳整体体现出更好的物理稳定性。
[0082] 利用声学扫描显微镜对实施例3中得到的成型生物碳进行分析,得到其SAM图,如 图7~图10所示,其中图7为声学扫描显微镜扫描原理示意图。由图7~12可知,实施例 3得到的成型生物碳比比较例1中得到的成型生物碳具有更多的相界面和更致密的微观构 造,验证了三氯化铁可以催化热解过程中的碳沉积导致的生物碳产率的提高,同时也将微 粒单元粘结得更为紧密
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