[发明专利]一种碱性条件下高铁酸盐氧化制备改性生物炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物炭吸附材料制备以及环境污染治理领域，具体涉及一种绿色改性生物炭材料、其制备方法。

背景技术

生物炭作为吸附材料具有较大的比表面积和吸附容量，但本身表面吸附位点有限，所以其吸附性能和稳定性受到很大限制为提高生物炭的性能；另外，虽然已有生物炭是一种良好的吸附材料，但由于生物炭重量小，使得生物炭在应用于水体污染物吸附时，常漂浮于水体表面，很难与水体或河流沉积界面充分接触，而限制其对污染物的去除效果。

已有大量文献报道，Fe(Ⅲ)能降低土壤中砷、锑的生物有效性，如有研究发现铁（Ⅲ）羟基氧化物、铁（Ⅲ）氢氧化物对环境中的砷、锑会发生共沉淀或表面吸附。近些年来，高铁酸钾(K₂FeO₄,Fe(VI))作为一种高效的集氧化、消毒、沉淀/共沉淀功能于一体的物质，引起广泛关注。另有研究表明来源于Fe(VI)的Fe(Ⅲ)及其氧化物晶格离子对水体中砷、锑的去除起到至关重要的作用。另外，Fe(VI)超强的氧化性能使其能够选择性的氧化有机物表面SP³杂化官能团，丰富表面官能团。因此，如何将生物炭与铁（Ⅲ）的环境作用结合，通过改性制备吸附性能好、沉降性能良好、价格低廉的生物炭具有重要意义。

发明内容

为了解决以上问题，本发明充分利用铁和生物炭的吸附和氧化还原性能，并克服现有方法的不足，提供一种更简便快速制备绿色改性生物炭的方法，该方法制备的铁基生物炭分散性能好，制备过程简单，污染少，操作安全。

本发明的目的在于提供一种制备改性生物炭的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种制备改性生物炭的方法，包括以下步骤：

1）将生物炭分散到碱溶液中，混合浸润5min～1h；

2）往上述混合物中加入强氧化剂高铁酸钾，搅匀后超声5～10min，再继续搅拌2～4h，然后缓慢升温至10～70℃并继续搅拌0.5～24h；

3）往上步反应液中加适量水，静置，弃去上层液体，再用水洗去生物炭及微孔中多余铁离子，烘干，即得改性生物炭。

进一步的，步骤1）中生物炭的表面积为50.35～130.34m²/g，孔容为0.0592～0.1522cm³/g。

进一步的，步骤1）中生物炭的制备方法为：将农林废弃物粉末在无氧条件下以4～6℃/min的加热速率升温到250～350℃保温1.5～2.5h，然后继续升温到300℃～500℃保温3～12h，得生物炭。

进一步的，上述农林废弃物为棕榈壳、稻壳、樟树枝、竹子、牛粪中的至少一种。

进一步的，上述粉末为过30～120目筛的粉末。

进一步的，步骤1）中碱溶液与生物炭的用量比为（45～55）ml：（18～22）g。

进一步的，上述碱溶液为1.8～2.2M的氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的至少一种。

进一步的，步骤1）中混合浸润的温度为0～20℃。

进一步的，步骤2）中高铁酸钾的用量为生物炭的0.1～0.5倍。

进一步的，步骤3）中烘干时的温度为70～85℃。

本发明的有益效果是：

1）与现有生物炭或类生物炭吸附剂效果相比，本发明提供的改性生物炭对重金属的吸附性能大大提高。

2）本发明采用碱性条件氧化生物炭，是利用化学法进行改性，使其表面官能团的含量发生变化，具有相当的稳定性。

3）本发明提供的制备方法简易，条件温和，易于工业化生产，且不会造成附加的环境危害，提高生物质资源利用效率，解决了农林生物质废弃物难于降解、再利用的难题，具有极其深远的社会意义和经济价值。

具体实施方式

一种制备改性生物炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将生物炭分散到碱溶液中，混合浸润5min～1h；

2）往上述混合物中加入强氧化剂高铁酸钾，搅匀后超声5～10min，再继续搅拌2～4h，然后缓慢升温至10～70℃并继续搅拌0.5～24h；

3）往上步反应液中加适量水，静置，弃去上层液体，再用水洗去生物炭及微孔中多余铁离子，烘干，即得改性生物炭。

优选的，步骤1）中生物炭的表面积为50.35～130.34m²/g，孔容为0.0592～0.1522cm³/g。