改性生物质炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种改性生物质炭及其制备方法与应用，改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。制备方法包括：(1)制备生物质炭；(2)制备酸改性的生物质炭；(3)制备胶束改性的生物质炭。该改性生物质炭具有吸附容量大、吸附稳定性高、在水中分散性好等优点；该改性生物质炭与铁盐絮凝剂复合使用应用于工业废水中酚的去除，可实现吸附、絮凝的一体化，提高水处理剂的絮凝效果，缩短了处理工艺时间和减少废渣量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环保
，具体涉及一种改性生物质炭及其制备方法与应用。
技术介绍
生物质炭是生物质在缺氧高温条件下热解产生的富碳、小颗粒多孔材料，表面带有大量电荷，能够吸附水环境中的重金属和有机污染物，稻壳作为一种产量巨大的农业废弃物，利用其制备生物质炭在废水处理领域有很大的应用潜力。现有技术主要利用生物质炭比表面积大，孔隙结构丰富、以及表面官能团能与水中污染物进行离子交换的特点去除水中污染物。由于水中污染物种类多、水质标准要求高，一般的生物质炭表面基团调节范围窄，吸附选择性较差；生物质炭虽然比表面积大，但是孔隙结构微孔比例较大，中、大孔比例较少，不利于吸附结构复杂的大分子物质；生物质炭表面亲水基团比例少，表现为疏水性，在水中的分散性不好。现有技术中对生物质炭改性的方法较多，比如：“用H3PO4表面改性处理生物质环境吸附材料的方法“(申请号为200910234388.0)公开了一种用H3PO4改性黄豆秸秆生物质炭的方法。“一种提高生物质炭吸附性能的改性方法”(申请号为201210463120.6)公开了一种通过紫外光源辐射改性松木、秸秆、果壳等生物质原料的方法。“一种改性活性炭的制备方法及改性活性炭的应用”(申请号为201510453112.7)公开了一种使用硝酸铜浸渍同时超声波处理、然后微波加热改性废弃活性炭的方法。“铝改性秸秆生物质炭及其制备方法和在去除水体中砷的应用”(申请号为201210400629.6)公开了一种采用0.6mol/L的铝溶液浸渍后碱化农作物秸秆生物质炭的方法。这类改性方法一定程度上增加了生物质炭的孔径和比表面积，改善了生物质炭的表面活性和吸附的选择性，但是仅限于在生物质炭本身结构基础上进行改善，不能有效增强生物质炭在水中的分散性和生物质炭的吸附官能团数量，进而影响了生物质炭对水中污染物的吸附去除。采用表面活性剂对活性炭进行改性主要是基于表面活性剂可以提高生物质炭的亲水性，改变生物质炭的表面电荷特性，如“一种阳离子表面活性剂改性活性炭的改性方法及应用”(申请号为201310713297.1)公开了一种将活性炭酸洗、15MHz辉光(射频)氮等离子体预处理后的活性炭与阳离子表面活性炭改性，并应用于流化床和固定床处理含溴酸根离子废水的方法。“一种添加表面活性剂进行改性的活性炭滤料及其制备方法”(申请号为201410639829.6)公开了一种添加十六烷基溴化吡啶、蒙脱土等对活性炭进行改性，并应用于空气中污染物质的方法。“一种掺杂表面活性炭制备活性炭的方法”(申请号为201410632737.5)公开了一种以浒苔为活性炭前驱体，经磷酸酸化后采用表面活性炭进行改性并应用于水中重金属离子吸附的方法。采用表面活性剂改性能够增加生物质炭在水中的分散性、增强对目标污染物的吸附选择性。但是现有的改性主要是选用分子结构较小的季铵盐类阳离子表面活性剂，引入的含氧官能团有限，对增加活性炭的吸附位点作用并不明显。为此探索能够有效增加生物质炭吸附位点的方法对生物质炭进行改性成为有待解决的问题。腐殖酸是一种来源广泛的无定型有机高分子化合物，表现为“海绵状”结构、具有较高的膨润性。分子中含有的大量羧基、羟基、羰基、环氧基等活性官能团，使其具有较强的反应性，能够与金属离子络合反应，形成比较稳定的物质。《一种铜银改性活性炭吸附剂及其制备方法》(申请号为201310387478.X)公开了一种在改性活性炭的过程中添加腐殖酸来络合水中的重金属离子的方法；《一种壳聚糖/腐植酸修饰的磁性吸附剂去除废水中铅的方法》(申请号为201410239053.9)公开了一种腐植酸修饰的磁性吸附剂的制备方法，腐植酸能够增加吸附剂的吸附位点，增大了壳聚糖的吸附容量。上文中提到，生物质炭虽然比表面积大，但是孔隙结构微孔比例较大，中、大孔比例较少，不利于吸附结构复杂的大分子物质，因此，如何将腐植酸应用于生物质炭的改性，并且实现大分子结构的腐植酸在小孔隙的生物质炭表面形成稳定的负载，利用腐植酸的引入增加生物质炭吸附位点，在是本申请面临的技术难题。另外，在含酚工业废水处理过程中，通常采用絮凝和吸附的处理方法。但是絮凝剂处理废水过程中往往存在絮凝剂消耗量大、过滤困难、脱色效果差、新增大量废渣等问题。为此有必要探索一种降低絮凝剂消耗量、缩短处理时间并减少废渣的含酚工业废水处理工艺。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量大、吸附稳定性高、在水中分散性好的改性生物质炭，还相应提供一种上述的改性生物质炭的制备方法及在处理含酚工业废水中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种改性生物质炭，所述改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。上述的改性生物质炭，优选的，所述阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；所述阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂。上述的改性生物质炭，优选的，所述季铵盐类表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵。上述的改性生物质炭，优选的，所述生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种改性生物质炭的制备方法，包括以下步骤：(1)制备生物质炭：将稻壳、椰壳和木屑混合后炭化，得生物质炭；(2)制备酸改性的生物质炭：将步骤(1)所得的生物质炭置于盐酸溶液中浸泡，过滤，得酸改性的生物质炭；(3)制备胶束改性的生物质炭：将阴离子生物表面活性剂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液混合，搅拌，得胶束体系；将步骤(2)所得的酸改性后的生物质炭置于所述胶束体系中浸渍，过滤，干燥，得改性生物质炭。上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述稻壳、椰壳和木屑的质量比为100～110∶3～5∶8～15；所述炭化温度为400～600℃，炭化时间为4～6h，炭化环境为氮气保护气氛。上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述阴离子生物表面活性剂溶液为鼠李糖脂溶液，所述阳离子化学表面活性剂溶液为十六烷基三甲基溴化铵溶液；所述鼠李糖脂溶液中鼠李糖脂的浓度为80～100mmol/L，所述十六烷基三甲基溴化铵溶液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为80～100mmol/L，所述腐殖酸溶液中腐殖酸的浓度为50～100mmol/L，所述鼠李糖脂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液的体积比为1∶5～7∶12～20。上述的改性生物质炭的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述生物质炭与所述胶束体系的比例为0.06～0.1g∶1ml，浸渍时间为8～12h。上述的改性生物质炭的制备方法，进一步地，所述步骤(2)中，所述盐酸溶液中盐酸浓度为1mol/L，浸泡时间为1h。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的改性生物质炭上述的改性生物质炭的制备方法所制备的改性生物质炭在处理工业废水中的应用。上述的应用，优选的，所述应用为处理工业废水中的酚的应用，包括以下步骤：在酸性环境下，先后往工业废水中加入铁盐絮凝剂和生物质炭，搅拌后调节pH值至7～8，搅拌静置后过滤，分离出滤渣。上述的应用，进一步地，所述的铁盐絮凝剂包括氯化铁、硫酸铁或硫酸亚铁中的一种或多种。与现有技术相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性生物质炭，其特征在于，所述改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。

【技术特征摘要】
1.一种改性生物质炭，其特征在于，所述改性生物质炭由酸改性的生物质炭经胶束体系浸渍所得，所述胶束体系由阴离子生物表面活性剂、阳离子化学表面活性剂和腐殖酸溶液组成。2.根据权利要求1所述的改性生物质炭，其特征在于，所述阴离子生物表面活性剂为鼠李糖脂；所述阳离子化学表面活性剂为季铵盐类表面活性剂。3.根据权利要求2所述的改性生物质炭，其特征在于，所述季铵盐类表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵或十二烷基三甲基溴化铵。4.根据权利要求1～3任一项所述的改性生物质炭，其特征在于，所述生物质炭由稻壳、椰壳和木屑混合后经炭化所得。5.一种改性生物质炭的制备方法，包括以下步骤：(1)制备生物质炭：将稻壳、椰壳和木屑混合后炭化，得生物质炭；(2)制备酸改性的生物质炭：将步骤(1)所得的生物质炭置于盐酸溶液中浸泡，过滤，得酸改性的生物质炭；(3)制备胶束改性的生物质炭：将阴离子生物表面活性剂溶液、阳离子化学表面活性剂溶液和腐殖酸溶液混合，搅拌，得胶束体系；将步骤(2)所得的酸改性后的生物质炭置于所述胶束体系中浸渍，过滤，干燥，得改性生物质炭。6.根据权利要求5所述的改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述稻壳、椰壳和木屑的质量比为100～11...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，刘凌波，邱德跃，张燕，陈灿，马林，
申请(专利权)人：湖南化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43