【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于碘吸附材料，具體涉及一種農業廢棄物生物炭材料孔結構改性的方法及其改性的多孔生物炭吸附劑與應用。
技術介紹
1、隨著世界范圍內能源需求的持續增長，核能以其安全、低成本、清潔、經濟等優點越來越受到人們的關注。不幸的是，在再加工過程中不可避免地會產生放射性碘，由于其極長的半衰期和高毒性，這已被證明是生態系統面臨的一個挑戰性問題。此外，放射性碘易在空氣中擴散，易通過生物鏈在人體內富集，嚴重危害人體健康。碘攝入過多會引起甲狀腺激素分泌紊亂，容易引起甲狀腺過度增生，甚至可能導致甲狀腺癌。因此，探索一種高效的碘捕獲方法迫在眉睫。迄今為止，已經開發了液體和固體吸附方法來去除環境中的碘。液體吸附通過濕法洗滌技術去除氣態碘，而固體吸附通過吸附劑固定碘。吸附法的優點在于吸附量大、操作簡便、穩定性高、成本低，這使得固體吸附法成為處理揮發性放射性碘的主要方法。
2、多孔吸附劑已被添加到潛在吸附劑列表中以捕獲碘，例如沸石、活性炭、大網絡樹脂、活性氧化鋁、氣凝膠、多孔聚合物、金屬有機框架等。作為碘氣體捕集劑的常用材料，載銀沸石已被合成以與碘反應形成碘化銀，該碘化銀在水中的溶解度低且碘捕集能力高。此類材料是碘吸附中最常用的材料，也是碘吸附性能的基準。然而，銀基沸石吸附的一小部分碘仍以碘分子的形式存在，在高溫下容易解吸和遷移。此外，銀價格昂貴、有毒，利用率低，老化再生麻煩。
3、生物炭是一種多孔吸附材料，其表面積較高、熱穩定性好。將農業廢棄物作為生物炭制備的前驅體，成本低廉，技術成熟，用于含碘廢水核蒸氣碘的研究越來越多。在生
4、在利用生物炭修復污染水體和土壤研究方面，國內學者提出在土壤中添加生物炭可以有效提高土壤中有機碳的含量和有效營養元素的含量，同時它還可以改變土壤的各種理化性質，這有利于通過添加生物炭促進具有污染物去除特性的植物和微生物生長，然而這種修復技術的周期相對較長，對于疏水性高、生物降解難的有機物，其修復難度較大。有學者嘗試使用堿活化過硫酸鹽直接修復被有機物污染的土壤，雖然這種技術成功地減少了土壤中的農藥濃度，然而由于過硫酸鹽活化后產生的自由基對于目標的無差別攻擊，土壤顆粒本身、土壤中的無機鹽、腐殖酸等對自由基的消耗造成過硫酸鹽大量浪費。與直接氧化相對應，淋洗作為污染土壤的另一種處理技術，是指運用特定淋洗劑對污染土壤進行洗滌，實現土壤中污染物去除。因此，將有機污染土壤通過淋洗去除污染物，然后對淋洗廢液進行氧化處理使之達標排放是一種可行的方法。除此之外，生物炭表面特殊的官能團結構使得其能夠活化過硫酸鹽降解有機污染物。因此采用生物炭作為碘捕獲和有機廢水凈化材料，能達到農業廢棄物綜合利用以廢治廢，提高資源循環利用效率。
技術實現思路
1、本專利技術針對上述技術問題，提供一種農業廢棄物生物炭材料孔結構改性的方法及其改性的多孔生物炭吸附劑與應用，以尿素輔助koh活化農業廢棄物核桃殼制備的多孔生物炭吸附劑為研究對象，從骨架剛性、孔結構、熱穩定性、含氮官能團、碳基體缺陷和晶體結構等多個維度探究了尿素對生物炭結構的影響。進一步通過改變前驅體的量甚至將研究對象拓展到其他生物質和其他改性前驅體揭示尿素改性與碘捕獲的內在關聯。結合不同孔徑大小的碳納米管碘捕獲表現和理論計算完整闡明尿素進生物炭碘捕獲性能的機制。為高效設計用于放射性碘捕獲的高性能材料提供了新的思路和借鑒。
2、本專利技術由如下技術方案實現的：一種農業廢棄物生物炭材料孔結構改性的方法，將農業廢棄物破碎、過篩，所得生物質與氫氧化鉀和改性前驅體水溶液混合，干燥后在隔絕空氣條件下高溫反應，所得產物用0.1mol/l鹽酸和超純水分別洗滌后干燥即可；其中：所述改性前驅體水溶液為尿素水溶液；生物質與氫氧化鉀的質量比為1:0.5-1:3，生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1:0.5-1:4；高溫反應的溫度為300-900℃；高溫反應的升溫速率是5℃/min。
3、進一步的，所述農業廢棄物為核桃殼、杏殼、榴蓮殼、葵花盤、玉米芯或玉米秸稈中的任意一種；農業廢棄物粉碎至0.01-6mm。
4、更進一步的，所述農業廢棄物為核桃殼；粉碎至3-6mm。所述生物質與氫氧化鉀的質量比為1：1；生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1：3；高溫反應的溫度為800℃。
5、本專利技術還提供了利用所述改性方法獲得的改性的多孔生物炭吸附劑。
6、本專利技術還提供了所述的多孔生物炭吸附劑在放射性碘的捕獲去除中的應用。
7、所述放射性碘為氣態碘、水溶液中單質碘或環己烷中的單質碘。
8、進一步的，所述放射性碘為氣態碘，具體方法為：過量的碘和0.02g多孔生物炭吸附劑分別置于兩個小瓶；然后將這兩個小瓶放入一個大瓶中；將大瓶置于78℃的恒溫箱中，以模擬接近核燃料處理的實際情況；采用重量法測定捕獲量，每隔一段時間對樣品進行稱重；通過比較捕獲前后的重量，計算多孔碳的捕獲量；計算式為；式中： q t為吸附容量，mg/g； m t為多孔生物炭吸附劑在 t時刻吸附碘后的質量，g； m0為多孔生物炭吸附劑的初始質量，g。
9、所述放射性碘為水溶液中單質碘，具體方法為：100?ml、ph?=?5的單質碘水溶液中加入0.1?g/l多孔生物炭吸附劑，反應溶液封口后25℃下以160rpm的速度振蕩反應，一定時間間隔后，取出上清液通過0.22μm膜過濾去除多孔生物炭吸附劑，用紫外可見分光光度計在460?nm測定過濾液中的碘單質濃度。
10、所述放射性碘為環己烷中的單質碘，具體方法為：100mg/l單質碘的環己烷溶液100?ml中加入0.4?g/l多孔生物炭吸附劑，反應溶液封口后25℃下以160?rpm的速度振蕩反應，一定時間間隔后，取出上清液通過0.22μm膜過濾去除生物炭，用紫外可見分光光度計在523?nm測定過濾液中的碘單質濃度。
11、本專利技術將農業廢棄物破碎、過篩，所得生物質與一定量氫氧化鉀和改性前驅體水溶液混合，干燥后在隔絕空氣條件下高溫發生反應，所得產物洗滌后干燥。本專利技術通過對農業廢棄物進行資源化利用，制備所得生物炭材料對氣態、水溶液及有機溶劑中的碘有著良好的去除效果，顯示出該生物炭材料極高的碘捕獲活性和廣闊的應用范圍。提高了對農業廢棄物的增值利用；制備方本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種農業廢棄物生物炭材料孔結構改性的方法，其特征在于：將農業廢棄物破碎、過篩，所得生物質與氫氧化鉀和改性前驅體水溶液混合，干燥后在隔絕空氣條件下高溫反應，所得產物用0.1mol/L鹽酸和超純水分別洗滌后干燥即可；其中：所述改性前驅體水溶液為尿素水溶液；生物質與氫氧化鉀的質量比為1:0.5-1:3，生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1:0.5-1:4；高溫反應的溫度為300-900℃；高溫反應的升溫速率是5℃/min。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述農業廢棄物為核桃殼、杏殼、榴蓮殼、葵花盤、玉米芯或玉米秸稈中的任意一種；農業廢棄物粉碎至0.01-6mm。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述農業廢棄物為核桃殼；粉碎至3-6mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物質與氫氧化鉀的質量比為1：1；生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1：3；高溫反應的溫度為800℃。
5.利用權利要求1-4任一所述改性方法獲得的改性的多孔生物炭吸附劑。
6.權利要求5所述的多孔生物炭吸附劑在放
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于：所述放射性碘為氣態碘、水溶液中單質碘或環己烷中的單質碘。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于：所述放射性碘為氣態碘，具體方法為：過量的碘和0.02g多孔生物炭吸附劑分別置于兩個小瓶；然后將這兩個小瓶放入一個大瓶中；將大瓶置于78℃的恒溫箱中，以模擬接近核燃料處理的實際情況；采用重量法測定捕獲量，每隔一段時間對樣品進行稱重；通過比較捕獲前后的重量，計算多孔碳的捕獲量；計算式為；式中：qt為吸附容量，mg/g；mt為多孔生物炭吸附劑在t時刻吸附碘后的質量，g；m0為多孔生物炭吸附劑的初始質量，g。
9.根據權利要求7所述的應用，其特征在于：所述放射性碘為水溶液中單質碘，具體方法為：100?mL、pH?=?5的單質碘水溶液中加入0.1?g/L多孔生物炭吸附劑，反應溶液封口后25℃下以160rpm的速度振蕩反應，一定時間間隔后，取出上清液通過0.22μm膜過濾去除多孔生物炭吸附劑，用紫外可見分光光度計在460?nm測定過濾液中的碘單質濃度。
10.根據權利要求7所述的應用，其特征在于：所述放射性碘為環己烷中的單質碘，具體方法為：100mg/L單質碘的環己烷溶液100?mL中加入0.4?g/L多孔生物炭吸附劑，反應溶液封口后25℃下以160?rpm的速度振蕩反應，一定時間間隔后，取出上清液通過0.22μm膜過濾去除生物炭，用紫外可見分光光度計在523?nm測定過濾液中的碘單質濃度。
...【技術特征摘要】
1.一種農業廢棄物生物炭材料孔結構改性的方法，其特征在于：將農業廢棄物破碎、過篩，所得生物質與氫氧化鉀和改性前驅體水溶液混合，干燥后在隔絕空氣條件下高溫反應，所得產物用0.1mol/l鹽酸和超純水分別洗滌后干燥即可；其中：所述改性前驅體水溶液為尿素水溶液；生物質與氫氧化鉀的質量比為1:0.5-1:3，生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1:0.5-1:4；高溫反應的溫度為300-900℃；高溫反應的升溫速率是5℃/min。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述農業廢棄物為核桃殼、杏殼、榴蓮殼、葵花盤、玉米芯或玉米秸稈中的任意一種；農業廢棄物粉碎至0.01-6mm。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述農業廢棄物為核桃殼；粉碎至3-6mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物質與氫氧化鉀的質量比為1：1；生物質與改性前驅體水溶液的質量體積比為1：3；高溫反應的溫度為800℃。
5.利用權利要求1-4任一所述改性方法獲得的改性的多孔生物炭吸附劑。
6.權利要求5所述的多孔生物炭吸附劑在放射性碘的捕獲去除中的應用。
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于：所述放射性碘為氣態碘、水溶液中單質碘或環己烷中的單質碘。
8.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李興發，潘寒風，宋藝，徐國棟，馬旭莉，安小偉，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：
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