[发明专利]一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料及其应用

说明书

本发明公开了一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料及其应用，其由以下方法制备而成：S₁、将新鲜牛粪干燥，粉碎，得到干燥的牛粪粉末；S₂、将牛粪粉末加入到氯化铁溶液中，恒温震荡，再置于70‑90℃下反应1‑4小时，过滤，洗涤，干燥，得到改性牛粪；S₃、在氮气氛围下，将改性牛粪进行热解，热解时间为0.2‑2h，热解温度为200‑800℃，冷却至室温，得到所述的基于牛粪生物炭的磁性复合材料。该复合材料的比表面积大，吸附效率高，而且具有优异的磁化性能，便于分离回收利用，因此，该复合材料可用于去除水体中的酸碱有机物，如亚甲基蓝和刚果红等，去除率高。

技术领域

本发明属于废物资源化再利用技术领域，具体涉及一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料及其应用。

背景技术

规模化养殖造成粪污问题严重，处理不当不仅影响环境，而且限制畜禽养殖业的健康发展，同时产生的畜禽废水已经严重影响农业的现代化发展。吸附是众多处理方法中最优的一种，而生物炭由于成本低、效果好，得到了广泛的研究与应用。通过前期研究发现，低温热解牛粪生物炭对碱性有机物亚甲基蓝具有良好吸附效果，但是随着生物炭吸附研究的进行，有两个突出的问题制约其发展，一是生物炭对阴离子污染物的吸附性能较低，二是粉末状生物炭吸附后极难与溶液分离，容易造成二次污染。

磁性生物炭在催化、环境修复等诸多领域受到广泛关注。磁性生物炭颗粒无需进一步的分离和处理就可以通过外加磁场轻易地从水溶液中分离出来，这比离心或过滤更具选择性和效率。此外，磁化还可以提高碳吸附剂的吸附性能，特别是当吸附剂对磁性化合物和碳组分都具有很强的亲和力时，磁性生物炭材料的独特性能可克服吸附过程中的障碍。

目前有三种方法制备磁性生物炭：热解，共沉淀和煅烧法。共沉淀已经被广泛应用于磁性生物炭的制备过程中。然而，对于低表面积的生物炭材料，共沉淀反应对产物孔隙率会产生负面影响，而且这种方法需要多个步骤和化学物质，这削弱了吸附剂的成本和效率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料及其应用，该复合材料的比表面积大，吸附效率高，而且具有优异的磁化性能，便于分离回收利用，因此，该复合材料可用于去除水体中的酸碱有机物，如亚甲基蓝和刚果红等，去除率高。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料，由以下方法制备而成：

S₁、将新鲜牛粪干燥，粉碎，得到干燥的牛粪粉末；

S₂、将牛粪粉末加入到氯化铁溶液中，在常温下震荡，再置于70-90℃下反应1-4小时，过滤，洗涤，干燥，得到改性牛粪；

S₃、在低氧氛围下，将改性牛粪进行热解，热解时间为0.2-2h，热解温度为200-800℃，冷却至室温，得到所述的基于牛粪生物炭的磁性复合材料。

进一步，所述的氯化铁溶液的浓度为0.01-0.1mol/L。

进一步，所述的牛粪粉末与氯化铁的质量摩尔比为2g：1mmol-6g：1mmol。

进一步，步骤S₂中，震荡时间为1-3h。

进一步，所述的低氧氛围中含氧量不大于3％。

一种基于牛粪生物炭的磁性复合材料在去除水体中酸碱有机物的应用。

进一步，去除水体中酸碱有机物的方法为：

向含有酸性有机物或碱性有机物的水体中加入所述的基于牛粪生物炭的磁性复合材料，在恒温下进行震荡处理，震荡处理完成后，用外部磁铁进行固液分离，所得液体即为去除酸性有机物或碱性有机物后的水体。