【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種生物炭材料及其制備方法及應用，具體的說是一種ca/mg基改性生物炭材料及其制備方法以及應用。
技術介紹
1、磷作為工業(yè)原材料及農(nóng)用肥料大量使用，大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)以及含磷廢水的直接排放導致嚴重的水體富營養(yǎng)化污染，使其成為一種典型的水污染問題。近年來，吸附法除磷技術發(fā)展迅速。吸附法是通過利用天然或人工的多孔物質，通過其表面對污染物的范德華力以及靜電吸引等相互作用，將污染物富集至吸附劑的表面，從而實現(xiàn)將其從液相體系中分離。吸附法處理含磷廢水中的磷可以回收污水中的磷，將其制成有機肥料等具有經(jīng)濟性的副產(chǎn)品，實現(xiàn)磷元素的回收利用。此外，吸附法除磷還適合處理低濃度的含磷廢水，因此可以認為吸附法除磷具有較為廣闊的發(fā)展前景。
2、常用于含磷廢水處理的吸附材料主要有硅基介孔材料、介孔硫酸鹽材料、介孔金屬氧化物材料和碳基材料等。以上材料雖然具有較強的吸附性能，對污染物的去除效率較高，但存在材料的用量較大，吸附后材料較難解吸，處理成本較高的缺點。因此需要尋找一種處理成本較低，容易再生同時又具有較好處理性能的材料。
3、生物炭是農(nóng)林業(yè)廢棄物在厭氧或完全缺氧的條件下，經(jīng)過高溫(300～700)℃熱解而成的黑色固體，具有比表面積大、孔隙結構發(fā)達、吸附位點豐富、螯合能力強、官能團少等特點，是一種優(yōu)異的生物吸附材料，不但可以減少環(huán)境污染，還可以變廢為寶，符合節(jié)能環(huán)保理念。但生物炭作為吸附劑也存在特性限制，由于其粒徑較小，難以從水相中分離出來，限制了其在廢水處理領域的應用；不同原料、熱解方法和條件也會影響生物炭的性能，例如
4、公開號cn?112191229?a公開了一種mg/ca負載改性煙稈生物炭的制備方法及其應用，通過mgcl2預處理和雞蛋殼摻雜制備了載mg/ca的煙稈金屬生物炭復合材料，采用煙桿作為生物炭原料，來源于單一作物的殘留物，資源有限。另外，雞蛋殼雖然可以作為鈣源引入，但由于蛋殼中還含有一定比例的有機質和雜質，因此引入同時也可能導致污染物的釋放，存在對環(huán)境的負面影響和處理難度的問題。此外，雞蛋殼的過度摻雜可能影響生物炭的整體結構和功能，降低其在土壤改良和養(yǎng)分吸附中的效能。cn?113522241?a《一種鐵鎂改性生物炭及其制備方法和用途》選擇鐵鎂對生物炭進行改性，通過浸漬-熱解法合成鐵鎂改性生物炭，使鐵鎂氧化物均勻分布在生物炭表面，利用鐵鎂復合改性生物炭與溶液中的磷反應生成絡合沉淀晶體從而達到去除水體中的磷，鐵離子在水體中極易水解，導致材料不穩(wěn)定；公開號117323963a《一種鎂改性秸稈生物炭及其制備方法和應用》將秸稈在鎂鹽溶液(鎂鹽溶液的濃度為0.05～0.5mol/l)中浸漬后炭化，得到所述鎂改性秸稈生物炭，也存在材料不穩(wěn)定、吸吸效果不佳、廢水ph適應性差的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的是為了解決上述技術問題，提供一種材料穩(wěn)定性好、ph適應性好、吸附效果好、能增強炭材料對于磷酸鹽的吸附能力，適用于污染因子更加復雜的水環(huán)境的ca/mg基改性生物炭材料。
2、本專利技術還提供一種方法簡單、成本低的上述ca/mg基改性生物炭材料的制備方法。
3、本專利技術還提供一種上述ca/mg基改性生物炭材料的應用。
4、本專利技術ca/mg基改性雙金屬改性生物炭材料的制備方法，包括以下步驟：
5、預處理：將生物質材料干燥后進行粉碎、過篩、洗滌和干燥，隨后進行酸浸活化，再次洗滌和干燥，得到高活性生物質粉末，生物質材料為柚子皮；
6、浸漬改性：將預處理步驟中得到的高活性生物質粉末與cao和mgo充分混合，加入蒸餾水，加熱攪拌條件下浸漬，然后進行固液分離，濾餅多次洗滌后冷凍干燥、過篩得到初步改性的中間產(chǎn)物；
7、熱解碳化：將浸漬改性步驟中得到的中間產(chǎn)物置在保護氣氛下進行煅燒，產(chǎn)物經(jīng)自然冷卻、洗滌、干燥處理，得到ca/mg基改性雙金屬改性生物炭材料。
8、所述預處理步驟中，生物質粉末過篩目數(shù)為60-90目。
9、所述預處理步驟中，所述酸浸活化的酸為濃度為0.1mol/l-1mol/l的鹽酸、硝酸或硫酸，控制浸漬的固液質量比為(1：10)-(1：25)，酸浸時間為30min-90min。
10、所述cao+mgo與高活性生物質粉末摻雜質量比為(1：1)-(1：2)，cao和mgo摻雜質量比為(3：1)-(1：3)。
11、所述浸漬改性步驟中，控制浸漬的固液質量比為(1：15)-(1：25)，攪拌速度為600-1200rpm/min，溫度50-80℃，加熱時間2-5h。
12、所述浸漬改性步驟中，所述冰箱冷凍12-24h，溫度-24℃-(-18℃)，冷凍干燥時間24-48h，溫度-90℃-(-60℃)。
13、所述熱解碳化步驟中，煅燒溫度在300-900℃，煅燒時間2-3h，保護氣體為氬氣。
14、所述熱解碳化步驟中，控制煅燒的升溫速率3-10。℃/min
15、一種ca/mg基改性生物炭材料，由上述制備方法制得。
16、上述ca/mg基改性生物炭材料作為吸附劑在吸附廢水溶液中的磷酸鹽中的應用。
17、所述廢水溶液的ph為3-13。
18、當廢水溶液的ph值為3-7時，控制mgo的摻雜質量大于cao。
19、針對
技術介紹
中存在的問題，專利技術人進行了如下改進：
20、1)對現(xiàn)有的多種可作為生物炭材料的生物質材料進行了深入研究，針對處理對象為含磷廢水處理，特別選擇使用柚子皮作為改性原材料。一方面，與其他生物質材料相比，柚子皮具有較高的纖維素和果膠含量，結構較為疏松的特點，用于生物炭的制備時，能夠具有更大的比表面積，鈣鎂源能大量團聚在生物炭材料表面，使其有大量的活性位點，從而能夠更為高效地吸附磷，更適用于處理含磷廢水；另一方面，柚子皮的天然成分中含有豐富的有機酸和抗氧化物質，這些成分在熱解過程中可以促進生物炭的孔隙形成，提高其表面官能團的數(shù)量和種類，進一步增強其對污染物的吸附能力。此外，柚子皮生物炭吸附磷之后可以做成緩釋肥料，有助于改善土壤的微生物環(huán)境，促進植物根系生長，從而實現(xiàn)對廢水處理和土壤改良的雙重效益。此外，柚子皮的可再生性使其在生物炭的生產(chǎn)中更具經(jīng)濟性和可持續(xù)性，符合環(huán)保要求，有助于減少農(nóng)業(yè)廢棄物的堆積和環(huán)境污染。
21、2)在預處理步驟中，除了常規(guī)粉碎、過篩、洗滌和干燥外，創(chuàng)造性地引入了酸浸活化步驟，通過酸浸活化能夠有效去除柚子皮表面的雜質和其他無機物，揭露其內(nèi)部結構，從而使生物質材料的孔隙度、比表面積以及活性都會得到極大提高，有利于后續(xù)的熱解過程和生物炭的形成。這一方法與現(xiàn)有技術相比，傳統(tǒng)的預處理通常僅依賴物理方式，而酸浸活化則利用化學反應，能夠更深入地改變材料的表面特性，增加官能團的種類和數(shù)量，從而增強其對污染物的吸附能力。這里，酸為濃度為0.1mol/l-本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種Ca/Mg基改性雙金屬改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述預處理步驟中，生物質粉末過篩目數(shù)為60-90目。
3.如權利要求1或2所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述預處理步驟中，所述酸浸活化的酸為濃度為0.1mol/L-1mol/L的鹽酸、硝酸或硫酸，控制浸漬的固液質量比為(1：10)-(1：25)，酸浸時間為30min-90min。
4.如權利要求1所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬改性步驟中，所述CaO+MgO與高活性生物質粉末摻雜質量比為(1：1)-(1：2)，CaO和MgO摻雜質量比為(3：1)-(1：3)。
5.如權利要求1或4所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬改性步驟中，控制浸漬的固液質量比為(1：15)-(1：25)，攪拌速度為600-1200rpm/min，溫度50-80℃，加熱時間2-5h。
6.如權利要求5所述的Ca/
7.如權利要求1所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述熱解碳化步驟中，煅燒溫度在300-900℃，煅燒時間2-3h，保護氣體為氬氣。
8.如權利要求1或7所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述熱解碳化步驟中，控制煅燒的升溫速率3-10。℃/min
9.一種Ca/Mg基改性生物炭材料，其特征在于，由權利要求1-8任一項制備方法制得。
10.一種Ca/Mg基改性生物炭材料的應用，其特征在于，所述權利要求9所述的Ca/Mg基改性生物炭材料作為吸附劑在吸附廢水溶液中的磷酸鹽中的應用。
11.如權利要求10所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的應用，其特征在于，所述廢水溶液的pH為3-13。
12.如權利要求10所述的Ca/Mg基改性生物炭材料的應用，其特征在于，當廢水溶液的pH值為3-7時，控制MgO的摻雜質量大于CaO。
...【技術特征摘要】
1.一種ca/mg基改性雙金屬改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的ca/mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述預處理步驟中，生物質粉末過篩目數(shù)為60-90目。
3.如權利要求1或2所述的ca/mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述預處理步驟中，所述酸浸活化的酸為濃度為0.1mol/l-1mol/l的鹽酸、硝酸或硫酸，控制浸漬的固液質量比為(1：10)-(1：25)，酸浸時間為30min-90min。
4.如權利要求1所述的ca/mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬改性步驟中，所述cao+mgo與高活性生物質粉末摻雜質量比為(1：1)-(1：2)，cao和mgo摻雜質量比為(3：1)-(1：3)。
5.如權利要求1或4所述的ca/mg基改性生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬改性步驟中，控制浸漬的固液質量比為(1：15)-(1：25)，攪拌速度為600-1200rpm/min，溫度50-80℃，加熱時間2-5h。
6.如權利要求5所述的ca/mg基改...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張志國，盧文新，楊楠，張華麗，劉欽，催佳恒，呂晉，謝鴻洲，
申請(專利權)人：中國五環(huán)工程有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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