[发明专利]一种球状改性咖啡渣生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环保领域，尤其涉及一种球状改性咖啡渣生物炭及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法包括以下步骤：将咖啡渣、蛋壳粉、海藻酸钠和水混合，得到混合浆料；将所述混合浆料滴入到氯化钙水溶液中，得到凝胶球；将所述凝胶球进行干燥，随后在限氧条件下进行热解，得到球状改性咖啡渣生物炭。本发明提供的制备方法具有原料来源广泛、价格低廉、制备步骤简单等优势，制得的改性生物炭含有丰富的磷酸盐吸附位点，对水中的磷酸盐具有较强的吸附能力，在较宽的pH值范围内皆具有较高的磷酸盐吸附容量，且易于从水中分离回收。本发明为咖啡渣、蛋壳的资源化利用提供了可能的途径，变废为宝，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于环保领域，尤其涉及一种球状改性咖啡渣生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

磷是人类生产生活必不可少的重要元素，然而由于人类的农业与工业生产活动，造成大量的磷排放入水体中，导致严重的富营养化问题，使藻类爆发、水质恶化，最终导致生态系统崩溃。生物炭是一种富含碳的多孔吸附材料，由生物质在高温和限氧的条件下热化学分解产生的，具有原料易得，价格低廉，热稳定性好，表面官能团丰富等优点，在从水中回收磷酸盐方面具有明显的优势。

由于生物炭表面通常带负电，对阴离子的吸附能力有限，因此需要对生物炭进行改性以提高其对磷酸盐的吸附能力。金属阳离子与磷酸盐具有较强的亲和力，可以通过引入金属离子提高生物炭吸附效果，其中钙由于其无毒和广泛的可利用性被认为是有前景的金属改性剂。

鸡蛋壳是人类日常生活中大量产生的厨余垃圾，富含CaCO₃，在高温下可有效分解，是一种有前景生物炭改性材料。另外，咖啡是世界上最受欢迎的饮料之一，由于只有一小部分(0.2％)是从咖啡豆中提取的，咖啡的流行必然会产生大量的咖啡渣。大多数咖啡渣只能简单地填埋和焚烧，造成资源浪费和环境污染。因此本发明拟采用咖啡渣作为生物炭原料，鸡蛋壳作为改性剂，不仅可以将废弃物变废为宝，而且为咖啡渣和鸡蛋壳的处理问题提供了一种新思路。

常规生物炭呈粉末状，很容易在水溶液中团聚，且吸附污染物后难以固液分离以及回收利用。因此本发明拟设计制备一种易于回收的球状改性生物炭。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种球状改性咖啡渣生物炭及其制备方法和应用，本发明制备的球状改性咖啡渣生物炭对水中磷酸盐具有较高的吸附容量，而且易于回收，实现了废弃生物质的资源化利用。

本发明提供了一种球状改性咖啡渣生物炭的制备方法，包括以下步骤：

将咖啡渣、蛋壳粉、海藻酸钠和水混合，得到混合浆料；

将所述混合浆料滴入到氯化钙水溶液中，得到凝胶球；

将所述凝胶球进行干燥，随后在限氧条件下进行热解，得到球状改性咖啡渣生物炭。

优选的，所述咖啡渣的粒径≥50目；所述蛋壳粉的粒径≥50目。

优选的，所述咖啡渣与蛋壳粉的质量比为(2～4):1；所述咖啡渣与蛋壳粉的合计质量与水体积的比为(5～15)g:(100～300)mL；所述海藻酸钠与水的质量体积比为(2～8)g:100mL。

优选的，所述氯化钙水溶液的浓度为3～7％w/v；所述氯化钙水溶液与以水计的混合浆料的体积比为(150～250):(100～300)。

优选的，将所述混合浆料滴入到氯化钙水溶液中后，稳定一段时间；所述稳定的时间为12～16h。

优选的，将所述凝胶球进行干燥之前，先进行水洗。

优选的，所述限氧条件的实现方式为对待热解的物品进行包裹密封。

优选的，所述热解的温度为650～850℃；达到热解温度前的升温速率为4～6℃/min；所述热解的时间为1.5～3h。