[发明专利]一种镍基磁性生物炭吸附剂及其制备方法

说明书

本发明涉及有机染料的去除领域，具体涉及一种镍基磁性生物炭吸附剂及其制备方法，以及其吸附亚甲基蓝的方法。一种镍基磁性生物炭吸附剂是以裙带菜为原料，经活化后采用高温无氧杂化技术制备而成，外观呈炭黑色粉末状，孔径为2.0‑4.7nm，孔体积为0.4015‑0.4511m³/g，比表面积为680.50‑744.15m²/g，X射线衍射光谱仪分析其具有44.480°，51.830°和76.350°的三个衍射峰，红外光谱显示其在3730cm^‑1,3618cm^‑1,2347cm^‑1,1539cm^‑1,665cm^‑1具有吸收峰。本发明镍基磁性生物炭吸附剂对亚甲基蓝的最大吸附量高达540.23mg/g。

技术领域

本发明涉及有机染料的去除领域，具体涉及一种镍基磁性生物炭吸附剂及其制备方法，以及其吸附亚甲基蓝的方法。

背景技术

近年来，随着能源危机的日益凸显，以自然界中廉价易得、可再生的生物质为原料制备功能性生物炭材料受到国内外科学家的日益关注。生物炭是生物质在缺氧或无氧条件下通过热裂解制备而成的富碳产物，比表面积较大，孔隙结构丰富，且表面富含多种活性基团，可以作为一种优良生物吸附剂材料。裙带菜在我国众多大型海藻中产量较高，而且生物炭含量极高，占干重的60％左右。目前对裙带菜的综合应用研究主要集中在食品领域，随着海藻生物炭制备技术的兴起，裙带菜生物炭的研究也逐渐受到科研工作者的关注。虽然海藻生物炭作为一种新型的生物质碳基材料，已在多个领域发挥了作用，但利用裙带菜生物炭复合材料开展有机废水治理的研究还未见相关报道。

发明内容

一种镍基磁性生物炭吸附剂是以裙带菜为原料，经活化后采用高温无氧杂化技术制备而成，外观呈炭黑色粉末状，孔径为2.0-4.7nm，孔体积为0.4015-0.4511m³/g，比表面积为680.50-744.15m²/g，X射线衍射光谱仪分析其具有44.480°，51.830°和76.350°的三个衍射峰，红外光谱显示其在3730cm^-1,3618cm^-1,2347cm^-1,1539cm^-1,665cm^-1具有吸收峰。

本发明采用比表面积以及孔径分析测定仪测定镍基磁性生物炭吸附剂的N₂吸附等温线，并采用BET法分析其孔径和比表面积，镍基磁性生物炭吸附剂的吸附等位线为IV型等温线，在P/P00.4处存在滞回环，说明存在中孔。镍基磁性生物炭吸附剂比表面积高达744.15m²/g，总孔隙体积为0.4511m³/g。

本发明利用X射线衍射光谱仪分析，从XRD谱图可以看出，镍基磁性生物炭吸附剂的衍射峰主要集中在40～80°之间。其中2θ＝44.480°，51.830°和76.350°对应元素镍，表明金属镍成功负载到裙带菜生物炭中。由于镍的强磁性，该材料很容易被磁性回收。

本发明采用傅里叶变换红外光谱测定表面化学官能团，其在约3730cm^-1,3618cm^-1,2347cm^-1,1539cm^-1,665cm^-1处具有吸收峰，表明镍基磁性生物炭吸附剂表面上含有丰富的-OH、-CH等活性基团(3618cm^-1,3730cm^-1为-OH的伸缩振动，2347cm^-1为RN＝C＝O的伸缩振动,1539cm^-1为N-H伸缩振动-CH伸缩振动,665cm^-1)，进一步提高了对亚甲基蓝的吸附效率。

本发明通过SEM观察镍基磁性生物炭吸附剂表面具有丰富的孔隙结构，这些特征对大分子染料亚甲基蓝的吸附是有利的，箭头表示的为镍粒子,在高温热解作用下，镍离子嵌入到镍基磁性生物炭吸附剂的孔隙结构中。