[发明专利]一种提高生物质炭吸附性能的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以利用生物质炭吸附性能进行水污染治理的技术领域，尤其涉及一种提高生物质炭吸附性能的改性方法。

 

背景技术

生物质炭主要是指生物质在缺氧条件下经高温炭化后得到的颗粒材料。生物质炭具有高度发达的孔结构，表面富含多种官能团，能够有效吸附重金属及有机污染物，在土壤改良、受污染环境修复等方面具有极大的应用潜力。

为了进一步提高生物质炭对污染物的吸附效果，现有技术中已存在采用各种改性方法来改善生物质炭表面的吸附活性位点的技术，其中酸碱溶液清洗、Fenton氧化、无机盐改性、附载离子等是主要的化学改性手段。然而化学改性过程中使用了大量化学药剂极易造成二次污染，为此研究探索新的改性方法以有效提高生物质炭的吸附容量成为有待解决的问题。

 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种操作简便，利于实施，且无二次污染的能够提高生物质炭吸附性能的改性方法。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种提高生物质炭吸附性能的改性方法，其特点在于，将生物质炭置于紫外线光源下辐射一段时间后即实现对生物质炭改性。

其中，所述生物质炭可优选采用松木、秸秆或果壳等生物质原料在氮气氛围下缺氧700℃热解制得。

作为优化，紫外线光源可采用功率1000W，光谱范围365-450nm,峰值365nm的高压汞灯灯管。

作为优化，将生物质炭均匀平铺于耐高温的（陶瓷）容器表面，再置于高压汞灯灯管正下方80±2mm处辐射。

作为优化，将生物质炭置于紫外线光源下方辐射时间为8~16h，辐射后取出放入干燥器冷却。

本方法中，通过紫外（UV）辐射方法对生物炭进行改性，能够提高其吸附性能，原理如下。

生物炭是生物残体在缺氧或低氧条件下，经高温热解产生的稳定的、高度芳香化的物质，主要由碳、氢、氧等元素组成，其中含碳量高达80%以上；从微观结构上来说，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，孔结构发达，具有较大的比表面积，表面富含羧基、酚羟基、羰基、内酯基、酸酐等官能团，具有很好的吸附性能。

许多研究发现生物炭吸附重金属主要源于生物炭的官能团、表面静电引力、表面沉淀等，其中羟基、羧基和磷酸盐基团对于生物炭吸附重金属的贡献比较突出。

申请人研究发现紫外（UV）辐射可以明显提高生物炭表面酸性官能团含量，有效疏通生物炭孔道内杂质，改变其孔结构组成，从而提高生物炭的吸附容量。后述部分具体实施方式中，以700℃氮气氛围下废弃松木材料制备生物炭辐射改性为例，通过元素分析、扫描电子显微镜观察、傅里叶红外光谱分析、比表面积与孔隙率测定技术分析表明：与未改性生物炭相比，辐射改性(UV)生物炭的C、H、N含量均减少，O含量及酸性含氧官能团的含量增加，生物炭的芳香性、极性增加，还原性减弱；同时辐射可以清除生物炭孔道内的杂质，疏松孔道，这些均有利于生物炭吸附量的提高。

故本方法能够有效地提高生物质炭吸附性能，且具有操作简便、利于实施等优点。

附图说明

图1为具体实施方式中，进行碘吸附实验的实验效果示意图。

图2为具体实施方式中，进行重金属吸附实验的实验效果示意图。

图3为具体实施方式中，对改性辐射前的生物质炭电子显微镜观察图。

图4为具体实施方式中，对改性辐射后的生物质炭电子显微镜观察图。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构作进一步的详细说明。

一种提高生物质炭吸附性能的改性方法，将生物质炭置于紫外线光源下辐射一段时间后即实现对生物质炭改性。具体实施时，所取的生物质炭采用松木原料在氮气氛围下缺氧700℃热解制得之后，再研磨过筛取粒径40-80目的样品，蒸馏水清洗干净后放入105℃烘箱中烘干，然后再进行紫外线光源下辐射。紫外辐射的具体步骤为：将生物质炭均匀平铺于耐高温的陶瓷容器表面，再置于功率1000W，光谱范围365-450nm,峰值365nm的高压汞灯灯管正下方80±2mm处辐射16h，取出后放入干燥器冷却，即制得改性生物质炭。

上述方法中申请人对生物质炭和经紫外辐射改性后的生物质炭进行对比分析和检测。分析时申请人采用了扫描电子显微镜观察，傅里叶红外光谱分析，再进行比表面积和孔隙率测定等方式。下表为元素分析数据列表。

元素分析数据：