[发明专利]一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明属生物炭技术领域领域，公开了一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用，其制备方方法包括：1)将榕树枝清洗干净，烘干，粉碎，过筛备用，得到榕树枝的生物质粉末；2)取生物质粉末，加入氮源和去离子水，搅拌混合，烘干，所得样品在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得氮改性生物炭；3)取氮改性生物炭，与金属盐的水溶液充分混合，烘干，所得样品在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得改性磁性生物炭。本发明的改性磁性生物炭对于抗生素废水处理有特别优良的效果，且使用后的改性磁性生物炭可以通过外加磁场回收再利用。制备过程简单、环保、经济，符合可持续发展的要求，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于生物炭技术领域，具体涉及一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

生物炭又称生物质炭，是生物质原料在低氧或无氧条件下密闭环境中热化学分解产生的多孔碳质材料。生物炭是一种富含碳的多孔材料，具有高的碳含量和芳香性的结构、较大的比表面积、丰富的孔隙结构和表面活性基团，能够有效去除水中重金属和有机污染物。此外，生物炭的主要性质与其制备原料及条件密切相关，不同的原料衍生出的生物炭性质各异，同一原料衍生的生物炭也因其制备条件不同而具有不同特性。近年来，越来越多的研究表明生物炭表面富含的大量活性基团，在促进电子迁移和催化等方面起着重要作用，通过强化生物反应之间的电子转移或者催化氧化能够实现污染物的高效降解。但是，在利用生物炭处理废水时，仍存在纯生物炭活性低、使用后的材料难回收、难再生等问题，尤其是抗生素废水的处理，也亟需得到有效控制。

发明内容

本发明提出一种改性磁性生物炭及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种改性磁性生物炭的制备方法，包括以下步骤：

1)将榕树枝清洗干净，烘干，粉碎，过筛备用，得到榕树枝的生物质粉末；

2)取步骤1)所得的生物质粉末，加入氮源和去离子水，搅拌混合，烘干，得到样品A，然后惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得氮改性生物炭；

3)取步骤2)所得氮改性生物炭，与金属盐的水溶液充分混合，烘干，得到样品B，然后在惰性气体保护下热解，冷却后清洗、烘干，再经研磨即可得改性磁性生物炭。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)中，所述烘干的温度为50～80℃，所述烘干的时长为10～20h。

作为上述方案的进一步改进，所述氮源选自三聚氰胺、尿素或双氰胺中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述金属盐选自金属的硝酸盐、金属的硫酸盐或金属的氯盐中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述金属的硝酸盐与生物炭的质量比为10：(1～5)。在该配比下所得的改性磁性生物炭，既能有效避免金属氧化物之间发生团聚现象，又能加快电子转移，进一步提升改性磁性生物炭对抗生素的去除能力。

作为上述方案的进一步改进，所述金属的硝酸盐为Ce(NO₃)₃·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O的混合物；优选地，所述Ce(NO₃)₃·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O的摩尔比为(1～4)：1。使改性磁性生物炭含有更多有利于活化PMS的金属氧化物种类，提高磁性生物炭的活化能力。

作为上述方案的进一步改进，热解的温度为300～800℃，升温速率为2～20℃/min，热解的时长1～2h；所述搅拌的时间为1h～5h，搅拌的速率为200rpm～1000rpm。