[发明专利]一种玉米秸秆炭基纳米吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种玉米秸秆炭基纳米吸附剂及制备方法，该制备方法包括如下步骤：1)称取玉米秸秆渣加入镁盐溶液中并恒温搅拌至大部分溶剂蒸发，然后干燥至溶剂完全蒸发，形成均匀的玉米秸秆镁盐混合物；2)将形成的玉米秸秆镁盐混合物置于NH₃/N₂‑气氛炉高温炭化处理，得到玉米秸秆炭基纳米吸附剂MgO/C或者氮掺杂玉米秸秆炭基纳米吸附剂N‑MgO/C。该制备工艺具有流程简单，易操作、周期短、制备成本低等优点。制备的MgO/C、N‑MgO/C纳米吸附剂是一种吸附能力强、效率高、使用寿命长和价格低廉的水处理剂，突破了传统炭基吸附材料在印染废水处理技术领域的应用瓶颈。

技术领域

本发明属于吸附材料制备技术领域，具体为一种玉米秸秆炭基纳米吸附剂，尤其是氮掺杂玉米秸秆炭基纳米吸附剂及制备方法。

背景技术

随着工业化进程的快速发展，印染行业产生的染料废水，已成为水环境污染的主要来源之一。染料废水存在组分复杂、难生物降解等问题，将其直接排放到水体中，会对水生态平衡和居民饮用水水源安全构成极大威胁。据统计，染料废水中偶氮染料含量超过50％。其中，甲基橙是最具有代表性的偶氮染料。因此，对印染废水中甲基橙的去除已成为水环境领域迫切需解决的任务。目前，去除废水中甲基橙的方法主要包括光化学降解法、生物降解法、化学氧化法及吸附法等。其中，吸附法因其处理效率高、操作简便、选择性好且无二次污染而成为研究热点。目前，常用的吸附材料主要有碳纳米管、石墨烯、分子筛、壳聚糖及金属氧化物等，尽管这些吸附材料在甲基橙废水的去除方面表现出良好的应用潜力，但或多或少存在一些问题，如成本相对较高、制备工艺复杂、原材料资源匮乏、吸附能力不足等问题，限制了其大规模应用。因此，开发生物质基吸附材料具有重要的科学意义和现实意义。

生物炭是一种以生物质为原料，通过限氧热解法制得的多孔碳质固态物质。生物炭由于具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构、稳定的化学性能，以及耐强酸、强碱等显著优势，已在水污染治理领域备受关注。据统计，我国农作物秸秆年产量高达6.04亿吨，秸秆是一类富含碳的木质纤维，是制备生物炭的良好前驱体。目前，生物炭在甲基橙去除方面已有报道，杜薇等人(当代化工,2019,48(02):229-234)采用竹屑生物炭和活性炭对染料废水中甲基橙进行对比吸附实验，0.2g竹屑生物炭和活性炭对100mL浓度为20mg/L的甲基橙最大吸附量仅为10.76和18.02mg/g。由于生物炭活性位点不足，对甲基橙的吸附效果有限。因此，研究人员利用金属氧化物对生物炭进行改性，可显著提高其对甲基橙的去除效果。胡锐等人(CN201910799145.5)将生物质材料置于500℃下高温绝氧裂解处理，制备获得生物炭。然后将上述得到的生物炭材料置于低温等离子体处理反应腔内，通入高纯氩气，反应腔体内真空度为50.0Pa，稳定5min后进行射频低温等离子体放电，对材料表面进行前处理，处理时间10min，放电功率100W。前处理结束后再通入体积分数为1.0％的高纯氨气和99.0％的高纯氦气的混合气体，调节其流量至反应腔体内真空度为50.0Pa，稳定10min后，通过射频低温等离子体对材料进行放电后处理，设置放电时间15min，放电功率120W，制得表面氨基修饰的秸秆生物炭，与普通生物炭相比，该改性炭对污染物的去除能力有明显提升。然而，该类生物炭基吸附材料存在制备过程较复杂、周期长、成本高及稳定性差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有生物炭基吸附材料制备工艺复杂、成本高、稳定性差、吸附能力不足等问题，选取氨气作为氮源，农业废弃玉米秸秆作为碳源，低价镁盐作为镁源，提供一种简单、低成本且高性能的玉米秸秆炭基纳米吸附剂的制备方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种玉米秸秆炭基纳米吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取一定量的玉米秸秆渣加入镁盐溶液中并恒温搅拌至大部分溶剂蒸发，然后干燥至溶剂完全蒸发，形成均匀的玉米秸秆镁盐混合物；