[发明专利]核壳结构的改性生物炭基吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔核壳结构的生物炭及其制备方法。该生物炭是一种具有核体和壳体的多孔核壳结构。通过微波热裂解水葫芦茎叶获取粉末生物炭，并加入造孔剂、粘结剂混合均匀，利用造粒机将此混合物挤压造粒经碳化制得颗粒生物炭，然后在该颗粒生物炭外围裹覆一层保护壳，利用酸洗或溶洗方法获得一种多孔核壳结构，最终制备出一种具有核体和壳体的核壳结构的颗粒生物炭。这种核壳结构的生物炭不仅能消除粉末生物炭带来的粉尘污染问题，也能减少运输过程中由于碰撞、挤压而粉碎造成的损失及污染等问题，还能在一定程度上增大单位体积比表面积，进一步提高生物炭重金属吸附性能。

技术领域

本发明属于生物炭材料技术领域，具体涉及一种核壳结构的改性生物炭基吸附剂及其制备方法。

背景技术

生物炭由于吸附能力强、化学性能稳定、比表面积大以及耐热、酸、碱等特点，早在百年之前就已经得到了应用。1785年，洛维茨就证实木炭能使某些液体脱色；十年之后，在英国精制糖厂中木炭首次获得工业应用。伴随着后期“工业革命”的兴起，生物炭的应用范围越来越广，从最初简单的应用于脱色和吸附，发展到了食品加工、化工、军事化学防护等方面。早期使用的大多是粉末生物炭，在进行水净化和空气净化时，由于存在难分离，易流失，再生困难、回收成本高，且废弃后容易滋生细菌产生二次污染等缺陷，极大限制了其应用范围。随着不断发展，将粉末生物炭制成如蜂窝状、块状、板状、球状、柱状等一定的形状，即成型生物炭的制备成为研究热点，并且广泛应用于各类净化器商品上。随后，在实际应用中又发现这种成型生物炭强度较低，易碎，转运过程中极易由于碰撞、挤压而粉碎造成损失和污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构的改性生物炭基吸附剂及其制备方法。本发明通过微波热裂解水葫芦茎叶获取粉末生物炭，并加入造孔剂、粘结剂混合均匀，利用造粒机将此混合物挤压造粒经碳化制得颗粒生物炭，然后在该颗粒生物炭外围裹覆一层保护壳，利用酸洗或溶洗方法获得一种多孔核壳结构，最终制备出一种具有核体和壳体的核壳结构的改性生物炭基吸附剂。这种核壳结构的生物炭不仅能消除粉末生物炭带来的粉尘污染问题，也能减少运输过程中由于碰撞、挤压而粉碎造成的损失及污染等问题，还能在一定程度上增大单位体积比表面积，进一步提高生物炭重金属吸附性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核壳结构的改性生物炭基吸附剂，所述吸附剂是一种具有核体和壳体的结构的改性生物炭基吸附剂；所述核体是水葫芦粉末生物炭、造孔剂A和粘结剂为主要成分的物质在混合均匀后经挤压造粒成型，然后经碳化得到的材料；所述壳体是以聚合物粉末、造孔剂B为主要成分的物质在混匀后经熔融形成的液态材料包覆在所述核体，成型后将造孔剂B经酸洗或者溶洗去除得到的包覆在所述核体的多孔材料；所述壳体为多孔结构，厚度为0.5~2mm，孔隙率为60~90%。

所述气化造孔剂选自碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁中的一种或其组合。

当所述造孔剂B为酸洗造孔剂时，造孔剂B为金属粉末；所述金属粉末选自铝粉、铁粉、锌粉、镁粉中的一种或其组合。

当所述造孔剂B为溶洗造孔剂时，造孔剂B为强酸强碱盐。

进一步，所述核体包括以下质量份的组分：

粉末生物炭 30~60

粘结剂粉末 30~60

造孔剂A 30~60

矿物粉 0~5

增稠剂 0~10

表面活性剂 0~5

偶联剂 0~5；

所述壳体包括以下质量份的组分：