一种改性椰壳生物炭及其制备方法和应用

来源：欧宝体育官方app免费下载    发布时间：2026-01-22 04:33:19

　　1、生物炭是生物质热解产生的炭材料，其原料来源十分广泛，最重要的包含作物秸秆、竹子和花生壳等常见的农林废弃物。生物炭本身就具有的结构特征与理化特性使其具有高效的吸附能力，可用于吸附水、土壤和污泥中的有机污染物和重金属。但目前应用较多的生物炭产品多为粉末状，将其应用于吸附污水、土壤或污泥中的重金属后，粉末状的生物炭常与基质混为一体，导致重金属或有机物虽然被生物炭吸附，但仍难以与水体或固相基质分离，从而无法完全解决重金属污染的问题。

　　2、目前，为使吸附有重金属的生物炭更易从污水、土壤或污泥中分离，已有通过改性生物炭使其具有铁磁性来实现更易从基质中分离的现存技术(比如申请号为2.4、8.8和4.0的专利)，但是该方法仅在用于去除水体中的生物炭时效果较好，而在与土壤或污泥等固相基质的作用过程中，生物炭的铁磁性易受损，导致分离效果并不明显。

　　1、鉴于此，本发明提供一种改性椰壳生物炭及其制备方法和应用，经改性后的椰壳生物炭拥有非常良好的吸附重金属能力及更稳定的铁磁性，能够更容易与基质分离，避免了二次污染。

　　2、为解决以上技术问题，本发明提供一种改性椰壳生物炭的制备方法，包括以下步骤：

　　3、s1、将椰壳生物炭于酸性溶液中活化后，浸于氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中，调节溶液ph至10～11，在惰性氛围下于60～70℃搅拌2～4h，经过滤、洗涤、干燥，得磁性椰壳生物炭；

　　4、s2、将所述磁性椰壳生物炭和高岭土粉末加入海藻酸钠溶液中，调节溶液ph至9～10，于90～110℃下搅拌反应1～3h，反应结束后过滤、洗涤、干燥，在惰性氛围中于300～400℃下炭化，得改性椰壳生物炭。

　　5、本发明将椰壳生物炭于酸性溶液中活化后，投入含铁溶液中，使铁离子在碱性条件下生成的氢氧化铁吸附在活化后的椰壳生物炭的内孔隙表面，赋予椰壳生物炭铁磁性，便于后续与土壤、污泥或水体等基质的分离。将磁性椰壳生物炭与高岭土粉末共同加入海藻酸钠溶液中，高岭土表面的硅、铝等阳离子与海藻酸钠分子中的羟基和羧基发生相互作用，生成具有网状结构的凝胶并粘附在磁性椰壳生物炭表面，增加重金属吸附量，同时保护生物炭内部孔隙中的氢氧化铁更稳定地吸附在磁性椰壳生物炭孔隙中而不受基质的影响，减少磁性椰壳生物炭与固体基质作用过程中铁磁性的损失。最后，经高温炭化步骤，进一步增加改性椰壳生物炭的比表面积，提高重金属吸附能力。

　　7、结合第一方面，所述将椰壳生物炭于酸性溶液中活化具体为：将椰壳生物炭置于酸性溶液中活化反应1～3h，过滤、洗涤、干燥。

　　8、结合第一方面，所述酸性溶液为浓度为2～4mol/l磷酸或盐酸的水溶液。通过对椰壳生物炭进行酸化，使其具有更大的比表面积和更高的反应活性。

　　9、结合第一方面，所述氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中，所述铁离子的浓度为2～8mol/l，优选为5mol/l。

　　11、结合第一方面，所述椰壳生物炭在氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中的浓度为40～60g/l，优选为50g/l。

　　12、结合第一方面，所述高岭土粉末的粒径为10～50μm，该粒径范围的高岭土粉末有助于增大高岭土的比表面积，促使其表面的阳离子与海藻酸钠发生相互作用。

　　14、结合第一方面，所述磁性椰壳生物炭和高岭土粉末的质量比为3～5:1，所述海藻酸钠溶液的浓度为2～5mol/l。

　　15、优选地，所述磁性椰壳生物炭和高岭土粉末的混合物在海藻酸钠溶液中的浓度为35～60g/l。

　　16、本发明的第二方面提供一种改性椰壳生物炭，其按照上述改性椰壳生物炭的制备方法制得。

　　17、本发明的第三方面提供一种改性椰壳生物炭在土壤、污泥或污水处理中的应用。

　　18、在将改性椰壳生物炭用于土壤或污泥堆肥中时，添加量为10wt％～20wt％，将改性椰壳生物炭掺入土壤或污泥样品中，混合均匀进行重金属吸附。堆肥结束后，将堆肥产品与水混合形成混悬液，通过外加磁场将吸附有重金属的改性椰壳生物炭与堆肥产品分离。在将改性椰壳生物炭用于去除污水中的重金属时，添加量为5wt％～10wt％，在重金属去除结束后，利用外加磁场的方式将生物炭与水体分离。

　　19、本发明获得的有益效果：本发明提供的改性椰壳生物炭具备优秀能力的重金属吸附能力，对模拟污染水体和土壤中重金属的去除效率均在95％以上；并且，该改性椰壳生物炭具有交联网络结构，能确保生物炭内部孔隙中的氢氧化铁更稳定地吸附在磁性椰壳生物炭孔隙中，进而减少生物炭与固体基质作用过程中铁磁性的损失，为将生物炭从固体基质中尽可能地分离提供了保障，在吸附模拟污染水体中的重金属后收回率达98％以上，在吸附模拟土壤中的重金属后收回率也能够保持在95％以上，解决了现有的粉末状生物炭难以从基质中分离而造成二次污染的问题。

　　2.如权利要求1所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述将椰壳生物炭于酸性溶液中活化具体为：将椰壳生物炭置于酸性溶液中活化反应1～3h，过滤、洗涤、干燥。

　　3.如权利要求1或2所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述酸性溶液为浓度为2～4mol/l磷酸或盐酸的水溶液。

　　4.如权利要求1所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中，所述铁离子的浓度为2～8mol/l。

　　5.如权利要求4所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述氯化铁和氯化亚铁的摩尔比为3:1。

　　6.如权利要求1所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述椰壳生物炭在氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中的浓度为40～60g/l。

　　7.如权利要求1所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述高岭土粉末的粒径为10～50μm。

　　8.如权利要求1所述的改性椰壳生物炭的制备方法，其特征是，所述磁性椰壳生物炭和高岭土粉末的质量比为3～5:1，所述海藻酸钠溶液的浓度为2～5mol/l。

　　9.一种改性椰壳生物炭，其特征是，按照权利要求1～8任一项所述的改性椰壳生物炭的制备方法制得。

　　本发明涉及生物炭技术领域，具体涉及一种改性椰壳生物炭及其制备方法和应用。本发明提供一种改性椰壳生物炭的制备方法，首先将椰壳生物炭于酸性溶液中活化后，浸于氯化铁和氯化亚铁的混合水溶液中，在碱性条件下反应得磁性椰壳生物炭；再将所得磁性椰壳生物炭和高岭土粉末共同加入海藻酸钠溶液中，碱性条件下反应，之后炭化，得改性椰壳生物炭。本发明提供的改性后的椰壳生物炭拥有非常良好的吸附重金属能力及更稳定的铁磁性，能够更容易地从基质中分离出来，避免了对基质造成二次污染。

　　1.探索新型氧化还原酶结构-功能关系，电催化反应机制 2.酶电催化导向的酶分子改造 3.纳米材料、生物功能多肽对酶-电极体系的影响4. 生物电化学传感和生物电合成体系的设计与应用。

　　1.高分子材料的共混与复合 2.涉及材料功能化及结构与性能的研究； 高分子热稳定剂的研发

　　1. 晶面可控氧化铝、碳基载体及催化剂等高性能、新结构催化材料研究 2. 乙烯环氧化催化剂的研究与开发 3. 低碳不饱和烯烃的选择性氧化催化剂及工业技术开发

　　1. 加氢精制 2. 选择加氢 3. 加氢脱氧 4. 介孔及介微孔分子筛合成及催化应用