一種成型生物碳及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種成型生物碳及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氯酚（chlorophenol)類物質(zhì)毒性大，具有致癌、致畸、致突變"三致"效應(yīng)和遺傳 毒性，并且具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不易被生物降解或分解。氯酚類物質(zhì)是一種 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生物個(gè)體都有毒性的物質(zhì)，由于其本身芳環(huán)結(jié)構(gòu)和氯代原子的存在而具有很 強(qiáng)的毒性和抗降解能力，其毒性取決于氯化的程度和氯原子相對(duì)羥基的位置，毒性隨取代 氯的數(shù)目變化而變化。在水體處理中，用常規(guī)工藝和生物處理難以完全去除水中的氯酚。在 單氯酸中，尤以4-氯酸（對(duì)氯苯酸p-chlorophenol)更難于降解。
[0003] 如今減輕飲用水中氯酚類物質(zhì)日益受到人們的重視，對(duì)其去除的方法有常規(guī)處理 工藝，如吸附法、生物降解及生物降解-吸附作用聯(lián)用，還有近年來去除有機(jī)污染物的高效 新工藝，如光催化氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)、氧化脫氯技術(shù)和聯(lián)用技術(shù)等，但吸附法依然 是目前較為便捷有效且無二次污染的主流治理方法。
[0004] 生物碳是生物質(zhì)熱解產(chǎn)能過程中的副產(chǎn)物，以被廣泛研究并應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)。研 究表明，生物碳是一種廉價(jià)易得且具有較好吸附性能的吸附劑，其具有較大的比表面積和 豐富的微孔結(jié)構(gòu)，且表面有豐富的羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，對(duì)重金屬離子、酚類、抗生素 類、染料等水體污染物都有良好的吸附效果。然而，普通的生物碳多以粉末狀態(tài)存在，分散 在水體中之后難以回收，無法實(shí)現(xiàn)污染物處理和吸附劑的重復(fù)利用，因此需要對(duì)普通的生 物碳進(jìn)行修飾，使其具備可分離性能。
[0005] 除了磁性修飾之外，吸附劑成型也是較為有效的提高可分離性能的方法，而且成 型的吸附劑在許多方面（如充當(dāng)填料）具備粉末吸附劑無法替代的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。吸附劑成型 需要粘結(jié)劑（如樹脂、硅酸鈉、瀝青、水泥或淀粉等）的輔助，然后通常情況下，粘結(jié)劑雖然 提高了吸附劑的可塑性和機(jī)械強(qiáng)度，缺往往會(huì)因?yàn)槎氯絼┛椎赖木壒蚀蟠蠼档土似湮?附容量。由于吸附性能與機(jī)械性能難以剪得，成型吸附劑的應(yīng)用受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種成型生物碳及其制備方法，該 成型生物碳的具有較好的吸附性能與機(jī)械性能。
[0007] 本發(fā)明提供了一種成型生物碳，由以下組分經(jīng)熱解得到，所述組分包括：生物質(zhì)、 粘土與三氯化鐵。
[0008] 優(yōu)選的，所述生物質(zhì)選自鋸末、稻殼、秸桿與樹葉中的一種或多種。
[0009] 優(yōu)選的，所述粘土選自高嶺土、蒙脫土與凹凸棒石中的一種或多種。
[0010] 優(yōu)選的，所述三氯化鐵與生物質(zhì)的比例為（0. 001~5)mmol :lg。
[0011] 優(yōu)選的，所述生物質(zhì)與粘土的質(zhì)量比1 :(1~5)。
[0012] 本發(fā)明提供了一種成型生物碳的制備方法，包括：
[0013] A)將生物質(zhì)、粘土、三氯化鐵與水混合，烘干后，在惰性氣體保護(hù)的條件下進(jìn)行熱 解，得到成型生物碳。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟A)具體為：
[0015] A1)將生物質(zhì)、三氯化鐵與水混合，烘干，得到負(fù)載有三氯化鐵的生物質(zhì)；
[0016] A2)將所述負(fù)載有三氯化鐵的生物質(zhì)、粘土與水混合，烘干后，在惰性氣體保護(hù)的 條件進(jìn)行熱解，得到成型生物碳。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟A1)中混合的方式為超聲混合和/震蕩混合。
[0018] 優(yōu)選的，所述熱解的溫度為500 °C~800 °C。
[0019] 本發(fā)明還提供了生物碳在吸附處理水體系中氯酚類物質(zhì)中的應(yīng)用。
[0020] 本發(fā)明提供了一種成型生物碳及其制備方法，該成型生物碳由以下組分經(jīng)熱解得 至IJ，所述組分包括：生物質(zhì)、粘土與三氯化鐵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明成型生物碳中起吸附 作用的主要是生物質(zhì)熱解生成的生物碳，粘土主要其輔助成型的作用，然后利用三氯化鐵 中氯離子對(duì)生物質(zhì)的催化熱分解與鐵離子對(duì)小分子烴類的催化沉積作用促進(jìn)生物碳的形 成，同時(shí)熱處理后得到的鐵氧化物可提高成型生物碳的機(jī)械強(qiáng)度，從而使成型生物碳既具 有較好的吸附性能也具有較好的機(jī)械性能。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1成型生物碳的制備流程示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明成型生物碳吸附動(dòng)力學(xué)曲線圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的成型生物碳的SEM圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的成型生物碳的SEM圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明比較例1中得到的成型生物碳的SEM圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明比較例1中得到的成型生物碳的SEM圖；
[0027] 圖7為聲學(xué)掃描顯微鏡掃描原理示意圖；
[0028] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的成型生物碳的SAM圖；
[0029] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的成型生物碳的SAM圖；
[0030] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的成型生物碳的SAM圖；
[0031] 圖11為本發(fā)明比較例1中得到的成型生物碳的SAM圖；
[0032] 圖12為本發(fā)明比較例1中得到的成型生物碳的SAM圖；
[0033] 圖13為本發(fā)明成型生物碳的抗壓強(qiáng)度測(cè)試曲線圖；
[0034] 圖14為本發(fā)明成型生物碳的吸附動(dòng)力學(xué)曲線圖；
[0035] 圖15為本發(fā)明成型生物碳的吸附等溫曲線圖；
[0036] 圖16為本發(fā)明成型生物碳中生物碳部分的吸附等溫曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本 發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038] 本發(fā)明提供了一種成型生物碳，由以下組分經(jīng)熱解得到，所述組分包括：生物質(zhì)、 粘土與三氯化鐵。
[0039] 其中，所述生物質(zhì)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的以木質(zhì)素、纖維素和半纖維素為主要 成分的生物質(zhì)即可，并無特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選為鋸末、稻殼、秸桿與樹葉中的一種或 多種；所述生物質(zhì)的粒徑優(yōu)選為50~500目，更優(yōu)選為100~300目，再優(yōu)選為100~200 目。
[0040] 所述粘土為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的具有粘性成型的粘土即可，并無特殊的限制， 本發(fā)明中優(yōu)選為高嶺土、蒙脫土與凹凸棒石中的一種或多種。粘土的作用為成型劑，其對(duì)生 物碳的吸附作用并沒有明顯的影響。本發(fā)明中所述粘土的粒徑優(yōu)選為500~2000目，更優(yōu) 選為1000~2000目，再優(yōu)選為1200~1800目。所述粘土與生物質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為（1~ 5) :1，優(yōu)選為（1~4) :1，更優(yōu)選為（2~3) :1。粘土的比例越大，得到的成型生物碳的機(jī) 械穩(wěn)定性越好，但吸附效果相對(duì)較差，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)控。
[0041] 本發(fā)明成型生物碳的原料還包括三氯化鐵。三氯化鐵起增加機(jī)械性能和催化生 物碳沉積的作用。所述三氯化鐵與生物質(zhì)的比例優(yōu)選為（0.001~5)mmol:lg，更優(yōu)選為 (0· 1~5)mmol:lg，再優(yōu)選為（1~5)mmol:lg，再優(yōu)選為（3~5)mmol:lg。一般三氯化鐵 在生物質(zhì)上的負(fù)載量越大，機(jī)械穩(wěn)定性越好，吸附效果越好，但超過5mmol/g后，開始對(duì)吸 附作用出現(xiàn)抑制。
[0042] 本發(fā)明成型生物碳中起吸附作用的主要是生物質(zhì)熱解生成的生物碳，粘土主要其 輔助成型的作用，然后利用三氯化鐵中氯離子對(duì)生物質(zhì)的催化熱分解與鐵離子對(duì)小分子烴 類的催化沉積作用促進(jìn)生物碳的形成，同時(shí)熱處理后得到的鐵氧化物可提高成型生物碳的 機(jī)械強(qiáng)度，從而使成型生物碳既具有較好的吸附性能也具有較好的機(jī)械性能。
[0043] 本發(fā)明還提供了一種上述成型生物碳的制備方法，包括：A)將生物質(zhì)、粘土、三氯 化鐵與水混合，烘干后，在惰性氣體保護(hù)的條件下進(jìn)行熱解，得到成型生物碳。
[0044] 其中，本發(fā)明對(duì)所有原料的來源并沒有特殊的限制，為市售即可。所述生物質(zhì)、粘 土、三氯化鐵均同上所述，在此不再贅述。
[0045] 本發(fā)明優(yōu)選按照以下步驟進(jìn)行：A1)將生物質(zhì)、三氯化鐵與水混合，烘干，得到負(fù) 載有三氯化鐵的生物質(zhì)；A2)將所述負(fù)載有三氯化鐵的生物質(zhì)、粘土與水混合，烘干后，在 惰性氣體保護(hù)的條件進(jìn)行熱解，得到成型生物碳。
[0046] 將生物質(zhì)、三氯化鐵與水混合，所述水與生物質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為（10~100) :1，更 優(yōu)選為（20~80) :1，再優(yōu)選為（30~60) :1，最優(yōu)選為（40~60) :1 ;所述混合的方式優(yōu)選 為超聲混合和/或震蕩混合，更優(yōu)選先通過超聲混合分散，然后再震蕩混合；所述震蕩混合 的震蕩速度優(yōu)選為100~300r/min，更優(yōu)選為150~200r/min;所述震蕩混合的時(shí)間優(yōu)選 為5~20h，更優(yōu)選為8~20h，再優(yōu)選為10~16h，最優(yōu)選為10~14h。
[0047] 混合后，優(yōu)選先將水分蒸干，更優(yōu)選先利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將水分蒸干，然后再烘干； 所述烘干的溫度優(yōu)選為60°C~100°C，更優(yōu)選為70