[发明专利]生物炭小球及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及生物炭小球及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：首先采用热解法制备生物炭材料，然后采用溶胶‑凝胶法制备BiFeO₃材料，最后采用上述原料制备得到生物炭小球。本发明的生物炭小球的制备方法，所用原料易得，价格低廉，其制备工艺简单，生产周期短，不需要特殊的化工设备，易于批量生产，本发明制备的生物炭小球无毒，对环境友好，活性高，对水体中有机染料的去除效率高，可在外部磁场作用下快速从水溶液中分离，从而实现回收利用，避免对水体造成二次污染。

技术领域

本发明涉及一种生物炭小球及其制备方法和应用。

背景技术

染料中常常包含有大量难降解的、有毒的有机污染物，其中的偶氮化合物和芳香胺等具有致癌、致畸变作用，未妥善处置或者未经处置直接排入水体，会对水环境造成严重的破坏和污染。在众多的染料废水处理技术中，吸附法具有操作简单、用时少等优势而受到重视，而寻找一种高效的吸附剂是提升该技术应用在染料废水处理的关键。

生物炭是一种碳含量高，孔隙率大，吸附能力强，多用途的碳材料。生物炭表面包含很多含氧官能团(如羟基、羧基、醛基、酮基、酯基)以及多环芳烃等。同时，原始生物质的孔隙结构在热解和炭化过程中保留了下来，所以生物炭的孔隙结构比较发达。因此，生物炭通常对水体中多种有机污染物具有较强的吸附能力。但是，由于生物炭粉末颗粒较细，很难将其与水溶液快速分离，这可能对环境造成二次污染，且很不利于生物炭的再生利用。对生物炭进行加磁处理，可以便于在外部磁场作用下将生物炭从水溶液中分离，从而实现回收利用。然而，简单磁化虽然解决了与水溶液分离的问题，但又出现了一个新的问题，由于磁性颗粒的引入，生物炭的部分孔隙会被堵塞，部分吸附位点会被占据，导致吸附性能在一定程度上降低。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种生物炭小球的制备方法。

本发明的生物炭小球的制备方法，包括如下步骤：S101：首先用蒸馏水将红麻冲洗干净并通风干燥，然后烘干至完全脱水，再将其粉碎成粉末并过筛，然后收集过筛后的粉末并在第一升温速率下加热至400℃～600℃后保温1h～3h，再冷却至室温并研磨过筛，得到生物炭材料；S102：分别称取摩尔比为1：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)的硝酸铁、硝酸铋和柠檬酸，然后把所述硝酸铁和所述硝酸铋加入到100体积份～300体积份的乙二醇甲醚中溶解，然后加入0.1体积份～0.3体积份的摩尔浓度为0.1mol·L^-1～0.2mol·L^-1的硝酸溶液，得到第一混合液，再将所述柠檬酸溶解在100体积份～200体积份的乙二醇溶液中，并与所述第一混合液混合，得到第二混合液，再将所述第二混合液加热至50℃～70℃并保温1h～2h，再加热至100℃～300℃并保温0.5h～2h，然后加热至400℃～600℃并保温1h～3h，再冷却至室温，得到BiFeO₃材料；S103：将所述生物炭材料与所述BiFeO₃材料加入到质量百分数为1％～3％的壳聚糖乙酸溶液中并搅拌均匀，然后逐滴注射入NaOH溶液中，得到壳聚糖凝胶小球，然后静置第一预设时间，将所述壳聚糖凝胶小球取出并洗涤，然后加入预设体积份数的去离子水，再加入1体积份～10体积份的戊二醛进行交联，再调节其pH值至3.0～9.0，然后加热至30℃～90℃并搅拌1h～3h，然后静置第二预设时间，再将所述壳聚糖凝胶小球取出并洗涤至中性，得到生物炭小球。

本发明的生物炭小球的制备方法，所用原料易得，价格低廉，其制备工艺简单，生产周期短，不需要特殊的化工设备，易于批量生产，本发明制备的生物炭小球无毒，对环境友好，活性高，对水体中有机染料的去除效率高，可在外部磁场作用下快速从水溶液中分离，从而实现回收利用，避免对水体造成二次污染。

另外，本发明上述的生物炭小球的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在所述步骤S103中，所述BiFeO₃材料和所述生物炭材料的质量比为1：(0.5～2)。