[发明专利]一种新型改性橡胶籽壳生物炭材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种新型改性橡胶籽壳生物炭材料的制备方法及应用，属于生物质碳材料领域，本发明的制备方法为：将橡胶籽壳进行粉碎过筛并干燥后得到橡胶籽壳颗粒；将橡胶籽壳颗粒放在管式炉中预炭化；将预碳化后的橡胶籽壳生物炭加入到KMnO₄溶液中，超声处理1h；超声结束后将混合物烘干；烘干后的物料再次放在氮气氛围下煅烧，将炭化后的生物炭用去离子水清洗后并烘干，最后得到橡胶籽壳生物炭材料。该新型改性橡胶籽壳生物炭材料应用于污水中去除重金属铜，对铜的去除率达到94%。

技术领域

本发明属于生物质碳材料领域，具体的说，涉及一种新型改性橡胶籽壳生物炭材料的制备方法及其应用。

背景技术

当今，最严峻的环境污染问题之一就是水体污染。随着工业活动的快速发展，工业废水排放中有毒金属造成的水体污染已经成为严重的环境和公众健康问题。其中，金属铜是工业废水中一种比较常见的污染物，金属电镀、冶炼、采矿等工业活动将会含有不同浓度铜污染物的废水排放到环境中。铜可对生态环境和人体产生危害，过度的摄入铜会导致人体内肝和肾损伤、慢性铜中毒和大脑损伤等。因此，去除水中高浓度的Cu(Ⅱ)显得尤为重要。

目前，去除废水中的Cu(Ⅱ)的主要方法有离子交换法、混凝法、化学沉淀法、生物处理法、吸附法和膜分离法等。这些方法都有各自的优缺点。例如，化学沉淀法虽然操作相对简单且经济有效，但是容易造成二次污染。离子交换以及膜分离等方法虽然去除率高，但价格昂贵，成本高。其中吸附法被认为是去除废水中重金属的一种经济有效的选择，因其具有成本低、效率高 、操作方便、环境友好等优点一直受到研究者的关注。然而，使用低成本的吸附剂也是一个需要考虑的重要经济因素。

农林废弃物不仅可以作为肥料、饲料和沼气化以及生物质能源、燃料和石油产品的原材料还可以用来制备方法污水处理的吸附材料等，所以农林废弃物资源化的市场前景广阔。生物质因丰富的官能团和巨大的比表面积而在污水处理中具有非常大的优势。生物炭是由生物质在限氧或无氧的条件下热解得到的一种高化学稳定性的炭材料,它表面富含多种含氧官能团，并且生物炭具有多孔结构，对重金属具有较强的吸附亲和力。橡胶籽壳作为农林废物，将其作为制备方法生物炭原料并用于重金属的去除，这种“以废治废”的理念无疑是一种值得研究的方向。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种新型改性橡胶籽壳生物炭材料的制备方法及其应用，通过利用KMnO₄改性制备方法吸附剂，制备方法的KMnO₄改性生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔道结构，还有丰富的含氧官能团，这一系列的优势都可以使得KMnO4改性后的生物炭成为良好的吸附剂材料。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

所述的新型改性橡胶籽壳生物炭材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将橡胶籽壳进行粉碎，过筛，干燥，得到橡胶籽壳颗粒；

（2）将步骤（1）中的橡胶籽壳颗粒在氮气氛围下进行预炭化煅烧；

（3）将步骤（2）预炭化后的材料加入到KMnO₄溶液中，在超声仪中超声处理，超声结束后将混合物烘干；

（4）将步骤（3）中烘干后的混合物再次放在氮气氛围下煅烧碳化，将炭化后的生物炭过滤洗涤后干燥，得到橡胶籽壳生物炭材料。

进一步的，步骤（1）中，橡胶籽壳过筛目数为40-60目，烘干温度为60-80℃。

进一步的，步骤（2）中，预炭化温度为300-500℃，预炭化时间为1-2h，升温速率为5℃/min。

进一步的，步骤（3）中，KMnO₄与橡胶籽壳炭的质量比为1:1-3。

进一步的，步骤（4）中，炭化温度为500-800 ℃，碳化时间为1-2 h，升温速率为5℃/min。

进一步的，步骤（4）中，干燥温度为60-80℃。