[发明专利]一种以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂及其制备方法。其技术方案是：将废弃虾壳用清水冲洗5～8次，于60～80℃条件下干燥4～8小时，破碎至粒径为0.15～2.0mm，得到虾壳破碎料。将所述虾壳破碎料置于管式电炉中，在氮气气氛中以5～10℃/min的速率升温至400～1000℃，保温2～3小时，冷却至室温，得到含氮生物质炭材料。将所述含氮生物质炭材料用稀酸洗涤，再用去离子水冲洗5～8次，在90～110℃条件下干燥8～10小时，得到以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂。本发明具有生产成本低和工艺简单的特点，所制备的以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂孔隙率高和比表面积大，对重金属的吸附性能好。

技术领域

本发明属于含氮生物质炭吸附剂技术领域。尤其涉及一种以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂及其制备方法。

背景技术

重金属污染元素主要包括汞、镉、铅、铜等生物毒性显著的元素。重金属易通过食物链而生物富集，最后进入人体，并在人体内和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用而使它们失去活性，也可能在人体内某些器官累积，造成慢性中毒，对人体健康造成严重危害。比如，铅的毒性很大，会对人体造成伤害，尤其是对人体的肺、心血管系统、肾脏以及生殖系统会造成大的伤害。因此，近年来探求重金属污染的治理技术已经成为国内外研究的难点和热点领域，而生物质炭因对重金属有良好的吸附作用已越来越受到研究者的关注。

“一种富含氮和氧的生物质活性炭的制备方法”(CN105692611A)专利技术，是将木材边角料、锯末等生物质材料与含氮和含碱性物质混合，经加热炭化得到含氮、氧的生物质炭。上述方法的缺点是所用的锯末等生物质材料本身不含氮元素，需要在原料的基础上进一步加入化合物引入氮原子，步骤较为繁琐且成本较高，不利于工业化生产。“富N活性炭电极的制备方法”(CN102360959A)专利技术，是利用富含脲醛树脂的废弃刨花板作为原料，在惰性气氛下与氢氧化钾共混后炭化，然后用磷酸进行活化，制得富含氮元素的活性炭。上述方法的缺点是：1，富含脲醛树脂的原材料来源不广且产量小，价格也相对较贵；2，制备前需要加入碱性物质与原材料共混后加热，而后还要加入磷酸进行活化，步骤繁琐，不利于工业化生产。

另外，在全球范围内每年都会由于消费虾类而产生大量的废弃虾壳，废弃虾壳中富含甲壳素、蛋白质等含氮物质与CaCO₃。据《环球科学》原文记载，2016年，这些废弃虾壳的总量就达到了600～800万吨。仅在东南亚，每年就能产生大约140万吨废弃虾壳。在大多数发展中国家，废弃虾壳通常只是简单当做垃圾填满或者直接倾倒在海中。在我国，废弃虾壳仅有极少数被制成动物饲料，而绝大多数虾壳被当做一种废弃的农副产品被处理掉。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种生产成本低和工艺简单的以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂的制备方法，用该方法制备的以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂孔隙率高和比表面积大，对重金属的吸附性能好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、将废弃虾壳用清水冲洗5～8次，再于60～80℃条件下干燥4～8小时，破碎至粒径为0.15～2.0mm，得到虾壳破碎料。

步骤二、将所述虾壳破碎料置于管式电炉中，在氮气气氛中以5～10℃/min的速率升温至400～1000℃，保温2～3小时，冷却至室温，得到含氮生物质炭材料。

步骤三、将所述含氮生物质炭材料用稀酸洗涤，再用去离子水冲洗5～8次，在90～110℃条件下干燥8～10小时，得到以废弃虾壳为原料的含氮生物质炭吸附剂。

所述废弃虾壳为南极红虾、青虾、河虾、克氏原螯虾、对虾、明虾和龙虾的废弃外壳；所述废弃虾壳中：甲壳素的含量为20～30wt％，蛋白质的含量为20～30wt％，CaCO₃的含量为40～50wt％。

所述稀酸为稀盐酸或为稀醋酸，所述稀酸的浓度为1～5vol％。