一種采用koh改性玉米秸稈水熱生物炭的制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種采用KOH改性玉米秸稈水熱生物炭的制備方法，其步驟包括：將玉米秸稈粉碎成粉末；取適量玉米秸稈粉末與蒸餾水混合，在反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)制備玉米秸稈水熱生物炭；將上述得到的水熱生物炭與KOH溶液混合，攪拌一段時(shí)間后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、烘干，即獲得改性玉米秸稈水熱生物炭。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)易，易于工業(yè)化生產(chǎn)，制得的改性水熱生物炭與現(xiàn)有生物炭或類(lèi)生物炭吸附劑效果相比，對(duì)重金屬的吸附性能大大提高，且具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種采用KOH改性玉米秸稈水熱生物炭的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物炭吸附材料制備以及環(huán)境污染治理領(lǐng)域，特別涉及一種采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)作物秸桿、稻殼和木屑等農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物量大源廣，占生物質(zhì)能資源總量的60%，傳統(tǒng)的焚燒處理方式不僅浪費(fèi)了資源，還會(huì)污染環(huán)境，因此，急需開(kāi)發(fā)清潔高效的農(nóng)林廢棄物資源化利用技術(shù)。近幾年，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了對(duì)生物質(zhì)的水熱炭化研究，使得廢棄生物質(zhì)回收利用和能源再生利用得以實(shí)現(xiàn)。目前為止，水熱生物炭的應(yīng)用十分廣泛:作為土壤調(diào)理劑提高土壤肥力和作物產(chǎn)量；作為鈾、銅以及鎘污染水中廉價(jià)的吸附劑及作為納米結(jié)構(gòu)碳材料等。然而，水熱生物炭本身表面吸附位點(diǎn)有限，所以其吸附性能和穩(wěn)定性受到很大限制。因此，通過(guò)改性制備高吸附性能并且性質(zhì)穩(wěn)定的水熱生物炭具有重要意義。
[0003]采用KOH改性水熱生物炭的制備方法，條件溫和，可操作性強(qiáng)。該方法是利用化學(xué)法進(jìn)行改性，使其表面官能團(tuán)含量發(fā)生變化，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，提高生物質(zhì)資源利用效率，解決了秸桿難于降解、再利用的難題，具有極其深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種吸附性能良好的KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]一種采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，具體步驟如下:
[0007]I)將玉米秸桿(CS)粉碎成秸桿碎末，粒度為過(guò)50目篩；
[0008]2)在反應(yīng)釜中依次加入玉米秸桿碎末和一定體積的蒸餾水，密封；
[0009]3)將反應(yīng)釜置于烘箱中，在200°C恒溫下反應(yīng)20h后冷卻至室溫；
[0010]4)取出固相產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌至中性，105°C烘干后密封保存，即得到玉米秸桿水熱生物炭(H-CS)；
[0011]5)將玉米秸桿水熱生物炭和KOH溶液混合，攪拌一段時(shí)間后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、烘干，即得到改性玉米秸桿水熱生物炭(mH-CS)。
[0012]所述蒸餾水與玉米秸桿粉末的用量比為12mL: Igo
[0013]所述KOH溶液的當(dāng)量濃度為2N，KOH溶液與玉米秸桿水熱生物炭的用量比為250mL:1g0
[0014]本發(fā)明所制備的改性水熱生物炭對(duì)于重金屬污染水體的修復(fù)有特別優(yōu)良的效果，以重金屬Cd(II)為例，將改性水熱生物炭投加到含鎘溶液中，吸附很快達(dá)到平衡，且對(duì)Cd(II)的去除效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未改性的水熱生物炭。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
[0016]1.與現(xiàn)有生物炭或類(lèi)生物炭吸附劑效果相比，本發(fā)明提供的改性水熱生物炭對(duì)重金屬的吸附性能大大提高；
[0017]2.本發(fā)明采用KOH改性水熱生物炭，是利用化學(xué)法進(jìn)行改性，使其表面官能團(tuán)的含量發(fā)生變化，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性；
[0018]3.本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)易，條件溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且不會(huì)造成附加的環(huán)境危害，提高生物質(zhì)資源利用效率，解決了秸桿難于降解、再利用的難題，具有極其深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為水熱生物炭改性前后的掃描電子顯微鏡照片。
[0020]圖2為水熱生物炭改性前后傅里葉紅外光譜圖。
[0021]圖3為水熱生物炭改性前后對(duì)重金屬Cd(II)的吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)比圖。
[0022]圖4為水熱生物炭改性前后對(duì)重金屬Cd(II)的吸附等溫線圖。
[0023]圖5為pH對(duì)水熱生物炭改性前后吸附重金屬Cd(II)的影響。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明所述的改性水熱生物炭的制備以及效果。同時(shí)說(shuō)明，這些實(shí)施例所敘述的技術(shù)內(nèi)容是說(shuō)明性的，而不是限定性的，不應(yīng)依此來(lái)局限本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]通過(guò)KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，步驟如下:
[0027]I)將玉米秸桿(CS)粉碎成秸桿碎末，粒度為過(guò)50目篩；
[0028]2)在10mL反應(yīng)釜中依次加入5.0g玉米秸桿碎末和60mL蒸餾水，密封；
[0029]3)將反應(yīng)釜置于烘箱中，在200°C恒溫下反應(yīng)20h后冷卻至室溫；
[0030]4)取出固相產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌至中性，105°C烘干后密封保存，即得到玉米秸桿水熱生物炭(H-CS)；
[0031]5)取2.0g玉米秸桿水熱生物炭與2N的KOH溶液混合，充分?jǐn)嚢鐸h后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、烘干，即得到改性玉米秸桿水熱生物炭(mH-CS)。
[0032]如圖1所示，改性前玉米秸桿水熱生物炭表面雜質(zhì)較多，孔狀結(jié)構(gòu)不明顯，由于KOH溶液對(duì)生物炭具有一定的清洗作用，改性后的玉米秸桿水熱生物炭表面雜質(zhì)含量減少，孔隙結(jié)構(gòu)排列整齊。
[0033]如圖2所示，改性后玉米秸桿水熱生物炭含氧官能團(tuán)特征峰明顯增強(qiáng)，從某種程度上說(shuō)明，mH-CS中含氧官能團(tuán)含量較H-CS高。
[0034]如表I所示，玉米水熱生物炭改性后BET比表面積和總孔容積明顯減小，但C含量減少而O含量相對(duì)增加。
[0035]表I水熱生物炭改性前后元素組成和BET分析
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)將玉米秸桿粉碎成秸桿碎末，粒度為過(guò)50目篩； 2)在反應(yīng)釜中依次加入玉米秸桿碎末和一定體積的蒸餾水，密封； 3)將反應(yīng)釜置于烘箱中，在200°C恒溫下反應(yīng)20h后冷卻至室溫； 4)取出固相產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌至中性，105°C烘干后密封保存，即得到玉米秸桿水熱生物炭； 5)將玉米秸桿水熱生物炭和KOH溶液混合，攪拌一段時(shí)間后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、烘干，即得到改性玉米秸桿水熱生物炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，其特征在于:所述生物炭與熱解生物炭不同，而是通過(guò)水熱法制備，故稱(chēng)其為水熱生物炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，其特征在于:所述蒸餾水與玉米秸桿粉末的用量比為12mL: Ig0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用KOH改性玉米秸桿水熱生物炭的制備方法，其特征在于:所述KOH溶液的當(dāng)量濃度為2N，KOH溶液與玉米秸桿水熱生物炭的用量比為250mL: Igo
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK104069812SQ201410341732
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】唐景春, 孫克靜, 張海榮, 劉慶龍, 黃華 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)