[发明专利]一种磁性生物炭制备方法及其装置

说明书

本发明涉及污染修复领域，具体涉及一种磁性生物炭的制备方法和制备装置，适用于废弃生物质的资源化利用。将生物质粉末加入至二价铁盐溶液中混匀后调节体系至碱性，静置分层收集固体产物置于热解罐中，通过充气座向热解罐中充入惰性保护气体，待热解罐中充满惰性气体后，密闭热解罐，于高温热解，即可得到磁性生物炭产物。本发明采用一步制备法热解合成磁性生物炭，在含铁试剂的选择上选用了FeSO₄·7H₂O一种试剂，使得生物炭表面上修饰Fe₃O₄得到磁性生物炭，单独利用Fe²⁺可以促进产物中Fe₃O₄的粒径更小，获得更好的磁学性能，并且避免产生其他铁氧化物；密闭缺氧条件可以避免灰分产生，提高磁性生物炭的炭得率；降低了工艺和原料的复杂程度，使操作更加方便。

技术领域

本发明涉及污染修复领域，具体涉及一种磁性生物炭的制备方法和制备装置，适用于废弃生物质的资源化利用。

背景技术

随着工业水平的不断发展，各种废弃物的排放、污水灌溉以及大气沉降等过程使环境中的持久性污染物质持续积累。我国的水体、土壤以及沉积物均受到了不同程度的污染，这些污染物质对人体具有潜在的致突变、致癌和致畸作用，严重威胁人体健康。因此，研发经济、高效和环境友好的污染控制与修复方法是污染防治和风险管理领域的关注焦点和重点任务。

近年来，利用生物质或生物残余物开发多功能材料，已经得到了广泛关注。生物炭是一种由生物质热解或不完全燃烧而形成的富碳多孔物质，具有成本低、原料来源丰富、环境友好、机械和热稳定性高等优点，在各个领域都具有较强的应用前景。生物炭在污染修复领域中的应用也备受重视，现阶段已开展了许多有关生物炭去除水和土壤中各种污染物的研究，均表明生物炭对污染物质的吸附固定具有良好效果。

虽然生物炭对污染土壤具有良好的修复效果，但是由于其粒径较小，富碳，易与土壤结合，难以从土壤中被分离，将吸附的污染物彻底从土壤中去除，从而再释放造成二次污染。为了改善这一缺点，开发出了将磁性物质与生物炭结合，制备成磁性生物炭，增强其分离能力的方法。

目前的制备方法往往会配制二价铁盐与三价铁盐的混合溶液作为原料，在热解过程中需要不断通入保护气体保持无氧条件，这在操作上较为复杂。所需的气氛炉等设备成本较高，长时间通气还会进一步增加制备成本。并且在热解时还会排放出大量烟雾，在未应用于污染修复前就造成了污染，得不偿失。因此，人们希望开发一种操作简便，成本低廉，清洁环保的实用性磁性生物炭制备方法。

发明内容

为了解决上述不足之处，本发明的目的在于提供一种经济简便的磁性生物炭制备方法及其装置，实现一步制备磁性生物炭并且无需持续通入保护气体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种磁性生物炭制备方法，将生物质粉末加入至二价铁盐溶液中混匀后调节体系至碱性，静置分层收集固体产物置于热解罐中，通过充气座向热解罐中充入惰性保护气体，待热解罐中充满惰性气体后，密闭热解罐，于高温热解，即可得到磁性生物炭产物。

所述固体产物烘干后置于热解罐中，而后将热解罐放入马弗炉中，400-700℃下加热4-6h，热解反应后待马弗炉内温度冷却至室温，取出热解罐中的粗产物，用去离子水冲洗并过滤，待滤液无色后，烘干后即可得到磁性生物炭产物。

所述生物质粉末与二价铁盐溶液混合，其中，生物质粉末与二价铁盐溶液中二价铁离子质量比为1：1-20:1；混匀后通过碱调节体系pH至10～11，搅拌混匀，而后静置12-24h，过滤出混合液中的固体产物并将其中水分烘干，待用。

所述二价铁盐溶液由FeSO₄·7H₂O溶于去离子水中获得，其中，Fe²⁺浓度为0.1～0.4mol·L^-1。