一種基于koh改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于KOH改性生物質(zhì)水熱炭的制備方法，屬于生物炭吸附材料以及環(huán)境污染治理領(lǐng)域，對(duì)于緩解能源短缺、預(yù)防環(huán)境污染、維護(hù)生態(tài)平衡等問(wèn)題具有重要意義。其步驟包括：將核桃殼磨碎后過(guò)80目篩；取一定量的核桃殼粉末與去離子水混合，在反應(yīng)釜中加熱制備水熱炭材料；將制備的水熱炭材料與KOH混合攪拌，在管式爐中隔絕空氣加熱后，進(jìn)行酸洗、水洗、過(guò)濾、烘干，即獲得改性核桃殼水熱炭。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，制備材料吸附性能突出，且具有相當(dāng)穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)，對(duì)于亞甲基藍(lán)的吸附效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)制備的活性炭。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于KOH改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生物炭吸附材料以及環(huán)境污染治理領(lǐng)域，特別涉及一種基于K0H改性 核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大量的生物質(zhì)資源被廢棄，不但對(duì)環(huán)境造成污染，而且浪費(fèi)了資源。因此生 物質(zhì)可為二次工業(yè)加工過(guò)程提供原料。由于生物質(zhì)含有豐富的碳素，是制備各種碳功能材 料的原料，生物質(zhì)的清潔高效轉(zhuǎn)換技術(shù)已成為近幾年研究的熱點(diǎn)之一。隨著技術(shù)的進(jìn)步和 能源危機(jī)的加劇，大力開(kāi)發(fā)生物質(zhì)資源與轉(zhuǎn)化新技術(shù)，對(duì)于緩解能源短缺、預(yù)防環(huán)境污染、 維護(hù)生態(tài)平衡等問(wèn)題具有重要意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)水熱碳化技術(shù)的優(yōu)化做了大量的研 究，水熱碳化過(guò)程可以更好地阻礙焦油的揮發(fā)并減少碳損失，降低二次處理的費(fèi)用和對(duì)環(huán) 境的污染，為開(kāi)發(fā)新型碳材料可提供優(yōu)良的原材料。由于水熱炭材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定且孔結(jié)構(gòu) 沒(méi)有大量生成，從而影響了其比表面積的增大。為了提高水熱炭材料在催化、吸附以及儲(chǔ)能 等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，有必要將水熱炭材料的比表面積增大并制備出較穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)材料。
[0003] 將K0H作為改性劑，對(duì)生物質(zhì)水熱炭進(jìn)行改性，制備條件溫和，過(guò)程簡(jiǎn)單且易操作。 該方法通過(guò)利用K0H改性，可將水熱炭材料的官能團(tuán)含量發(fā)生改變，并且能提高材料的比表 面積、孔容和孔徑分布，具有穩(wěn)定的碳骨架結(jié)構(gòu)。此方法可減少?gòu)U棄生物質(zhì)的浪費(fèi)和環(huán)境污 染問(wèn)題，同時(shí)提高廢棄生物質(zhì)在吸附材料中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種吸附性能良好的K0H改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方 法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0006] -種基于K0H改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方法，步驟如下：
[0007] 1)將核桃殼磨碎后過(guò)80目篩，得到核桃殼粉末；
[0008] 2)將核桃殼和去離子水按照比例混合，在240°C溫度條件下，恒溫5h，然后冷卻至 室溫，得到固液混合物;其中，每60mL去離子水中添加4g核桃殼粉末。
[0009] 3)將步驟2)中得到的固液混合物用乙醇和去離子水沖洗至中性，烘干后保存，即 為核桃殼水熱炭；
[0010] 4)將步驟3)得到的核桃殼水熱炭和K 0 H按照堿炭質(zhì)量比為3:1混合，加入去離子 水，攪拌，烘干待用；
[0011] 5)將步驟4)烘干得到的混合物置于800°C管式爐中隔絕空氣加熱2h，冷卻至室溫 后酸洗、水洗、烘干，即得到改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：
[0013] (1)與現(xiàn)有的生物質(zhì)水熱炭材料相比，對(duì)于MB的吸附效果明顯提升；
[0014] (2)本發(fā)明中利用K0H改性后的碳材料官能團(tuán)數(shù)量發(fā)生改變，比表面積增大，且孔 徑分布以微孔為主。
[0015] (3)本發(fā)明制備出來(lái)的碳材料性能與吸附效果比傳統(tǒng)中的活性炭效果顯著，且在 制備過(guò)程降低了焦油的產(chǎn)生，降低了對(duì)環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，解決了廢棄生物質(zhì)再利 用的難題，可為今后對(duì)碳功能材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)參考。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1(a)為核桃殼水熱炭改性前的掃描電鏡顯微鏡照片。
[0017]圖1(b)為核桃殼水熱炭改性前的掃描電鏡顯微鏡照片。
[0018] 圖2為核桃殼水熱炭改性前后傅立葉紅外光譜圖。
[0019] 圖3為核桃殼水熱炭改性前后對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的吸附動(dòng)力學(xué)圖。
[0020]圖4為核桃殼水熱炭改性前后對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的吸附等溫線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 1)將核桃殼磨碎后過(guò)80目篩；
[0024] 2)在反應(yīng)釜中加入4g核桃殼和60mL去離子水，密封并在烘箱中加熱到240 °C，恒溫 5h后冷卻至室溫；
[0025] 3)取出反應(yīng)釜中的固液混合物用乙醇和去離子水沖洗至中性，105 °C烘干后保存， 即為核桃殼水熱炭(W-HTC);
[0026] 4)將lg核桃殼水熱炭和3gK0H混合，加入5mL去離子水，攪拌一段時(shí)間后105 °C下烘 干待用；
[0027] 5)將烘干后的水熱炭和K0H混合物放在管式爐中以5°C/min升至800°C，用氮?dú)飧?絕空氣加熱2h，氮?dú)饬髁靠刂圃?mL/min，冷卻至室溫后O.lmol/L鹽酸酸洗、水洗、烘干，即 得到改性核桃殼水熱炭(KW-HTC)。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 1)將核桃殼磨碎后過(guò)80目篩；
[0030] 2)在反應(yīng)釜中加入40g核桃殼和600mL去離子水，密封并在烘箱中加熱到240°C，恒 溫5h后冷卻至室溫；
[0031] 3)取出反應(yīng)釜中的固液混合物用乙醇和去離子水沖洗至中性，105 °C烘干后保存， 即為核桃殼水熱炭(W-HTC);
[0032] 4)將10g核桃殼水熱炭和30gK0H混合，加入50mL去離子水，攪拌一段時(shí)間后105°C 下烘干待用；
[0033] 5)將烘干后的水熱炭和K0H混合物放在管式爐中以5°C/min升至800°C，用氮?dú)飧?絕空氣加熱2h，氮?dú)饬髁靠刂圃?mL/min，冷卻至室溫后O.lmol/L鹽酸酸洗、水洗、烘干，即 得到改性核桃殼水熱炭(KW-HTC)。
[0034] W-HCT和KW-HTC材料各主要元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下表所示，KW-HTC材料與W-HTC材料相 比，碳元素含量提高了24.52%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到87.58%，0、H元素均下降，N元素基本不變，比 表面積顯著增大。
[0035]
[0036] *差量法
[0037] 如圖1(a)所示，改性前的生物質(zhì)水熱炭雜質(zhì)含量比較多，未出現(xiàn)孔狀結(jié)構(gòu)。圖1(b) 中通過(guò)K0H改性后的生物質(zhì)水熱炭表面變得光滑且雜質(zhì)基本被清除，材料富含大量的孔結(jié) 構(gòu)。
[0038] 如圖2所示，改性后的生物質(zhì)水熱炭中官能團(tuán)具有專(zhuān)一化的趨勢(shì)，含氧官能團(tuán)數(shù)量 有所降低，一定的化學(xué)特性和吸附活性位點(diǎn)，可以間接地增強(qiáng)活性炭的吸附能力。
[0039] 實(shí)施例3
[0040]稱(chēng)取O.Olg改性后的生物質(zhì)水熱炭，加入濃度為80mg ? I/1 100mL的亞甲基藍(lán)溶液 250mL的錐形瓶中，在pH=6，溫度為30 °C，振蕩頻率為150r/min的恒溫振蕩箱中振蕩，設(shè)定 不同的取樣時(shí)間，用〇. 45um濾膜過(guò)濾，采用紫外可見(jiàn)風(fēng)光光度計(jì)測(cè)定濾液中的MB濃度。
[0041] 如圖3所示，核桃殼水熱炭改性后對(duì)于亞甲基藍(lán)的吸附效果非常好，去除率接近 100 %，表明改性后的生物質(zhì)水熱炭對(duì)MB具有良好的去除能力。
[0042] 實(shí)施例4
[0043]稱(chēng)取0.01 g改性后的生物質(zhì)水熱炭，加入不同濃度的亞甲基藍(lán)溶液250mL的錐形瓶 中，定容到100mL，在pH = 6，溫度為30 °C，振蕩頻率為150r/min的恒溫振蕩箱中振蕩24h，用 0.45um濾膜過(guò)濾，采用紫外可見(jiàn)風(fēng)光光度計(jì)測(cè)定濾液中的MB濃度。
[0044] 如圖4所示，當(dāng)亞甲基藍(lán)的濃度超過(guò)60mg/L時(shí)，去除率為97.6%，隨著MB初始濃度 增大時(shí)，吸附量會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和值，同時(shí)也表明定量的改性水熱炭不能夠無(wú)限吸附，而且最 大吸附量為111 lmg/g，是未改性水熱炭吸附量的3-4倍，表明改性水熱炭對(duì)亞甲基藍(lán)具有較 好的吸附性能。
[0045]本發(fā)明所制備的改性水熱炭對(duì)有機(jī)污染物的去除效果過(guò)最為顯著，以亞甲基藍(lán) (MB)為例，吸附到達(dá)平衡時(shí)的吸附效果遠(yuǎn)超出未改性的水熱炭。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于KOH改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭的制備方法，其特征在于，步驟如下： 1) 將核桃殼磨碎后過(guò)80目篩，得到核桃殼粉末； 2) 將核桃殼和去離子水按照比例混合，在240°C溫度條件下，恒溫5h，然后冷卻至室溫， 得到固液混合物;其中，每60mL去離子水中添加4g核桃殼粉末； 3) 將步驟2)中得到的固液混合物用乙醇和去離子水沖洗至中性，烘干后保存，即為核 桃殼水熱炭； 4) 將步驟3)得到的核桃殼水熱炭和K0H按照堿炭質(zhì)量比為3:1混合，加入去離子水，攪 拌，烘干待用； 5) 將步驟4)烘干得到的混合物置于800°C管式爐中隔絕空氣加熱2h，冷卻至室溫后酸 洗、水洗、烘干，即得到改性核桃殼生物質(zhì)水熱炭。
【文檔編號(hào)】B01J20/20GK106000298SQ201610333777
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】王棟, 張灝, 姚冬梅, 孫迎超, 喬娜
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)