[发明专利]香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法，筛选生长健壮的成熟宽叶香蒲，洗净放入培养箱加入中，在蒸馏水及霍格兰氏的营养液中自净两周，添加FeSO₄·7H₂O溶液，每周更换培养溶液，培养1‑2个月，以添加去离子水做对比；将宽叶香蒲添加铁元素的植株及去离子水的空白对照组的根部切碎、烘干至无水分，于坩埚中，在封闭条件下，抽空气，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在15‑25mL/min下，500‑900℃下烧结得到生物炭；将生物炭研磨后倒入3‑6mol/L NaOH溶液，70‑85℃下搅拌1‑3h后过滤、水洗、静置，倾去浮渣、烘干得到蜈蚣草富集铜元素的生物炭。本发明的技术方案将所制备得到的香蒲根富集铁元素的生物炭应用于去除亚甲基蓝上。

技术领域

本发明涉及一种香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法及其在光催化降解的应用领域。

背景技术

生物炭是一类由农作物秸秆、木屑等生物质经过限氧热裂解制备而成的富碳固体物质，由于其在土壤修复、减缓气候变化、废弃物资源化和新能源开发领域潜在的应用价值而被广泛关注和研究。生物炭的基本性质主要受原料来源、热解温度、热解时间、改性负载等因素的影响。目前，研究人员普遍认为决定生物炭理化性质及其环境功能的基础是生物炭的生物质来源和热解温度。Novak J M等选用花生壳，山核桃壳，家禽粪便等原料制备250～700℃一系列的生物炭，结果表明较高的热解温度导致较低的产率，较大的表面积，较高的pH值，较高的灰分含量和最小的总表面电荷。核磁共振光谱分析证实芳香性结构损失发生在较高的热解温度下，导致其余结构主要由多缩合芳族部分组成。Cantrell K B等比较了猪粪、奶牛粪、家禽粪和火鸡粪制备生物炭的不同，其中奶牛粪生物炭中挥发成分、能量含量最高，灰分、N、S含量最低；猪粪生物炭的P、N、S含量最高，pH值最低；火鸡粪的灰分含量和回收率最高，而家禽生物质炭的回收率最低。Liang R等制备了香蒲生物炭，利用磷酸活化制备了具有多孔结构、丰富官能团的香蒲生物炭，在去除2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)中，用粒子内扩散模型确定了吸附过程的机理，发现其更符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线模型。

香蒲为多年生水生或沼生草本植物，种类繁多，生长繁殖快速，抗逆性强，是湿地优势挺水植物，对很多重金属如Cd、Pb、Cr、Mn和Fe均具有较强的耐受性，作为一种植物修复技术在人工湿地中被广泛地使用，且绝期大多数金属元素累积主要集中在根部。

发明内容

本发明的技术方案是基于上述背景技术的内容提供一种香蒲根富集铁元素的生物炭的制备方法。包括如下步骤：

(1)植物筛选及栽培

筛选生长健壮的成熟宽叶香蒲，洗净放入培养箱加入中，在蒸馏水及霍格兰氏的营养液中自净两周，添加FeSO₄·7H₂O溶液，每周更换培养溶液，培养1-2个月，以添加去离子水做对比；

(2)香蒲根-铁生物炭的制备

将宽叶香蒲添加铁元素的植株及去离子水的空白对照组的根部切碎、烘干至无水分，于坩埚中，在封闭条件下，抽空气，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在15-25mL/min下，500-900℃下烧结得到生物炭；

(3)生物炭去灰分处理

将生物炭研磨后倒入3-6mol/L NaOH溶液，70-85℃下搅拌1-3h后过滤、水洗、静置，倾去浮渣、烘干得到蜈蚣草富集铁元素的生物炭。

所述的FeSO₄·7H₂O溶液的初始浇灌浓度为0.01-0.2g/L。

优选方式中，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在20mL/min。

烧结升温速率为9-26℃/min，烧结至300-900℃后，保温0.5-2h。