生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物炭‑蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法先将钠基蒙脱石进行酸处理得到酸改性钠基蒙脱石，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，再与粉碎研磨后的玉米芯粉末在水中混合，最后在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，制得玉米芯生物炭‑蒙脱石复合材料。本发明专利技术采用玉米芯作为原料，有效减少了焚烧玉米芯所带来的污染问题，其制备工艺简单，生产成本低，耗时少，且充分利用了废弃资源，减少了环境污染，制得的玉米芯生物炭‑蒙脱石复合吸附材料对重金属吸附性能优良，对于Pb

Biochar montmorillonite composite and its preparation and Application

The invention discloses a biochar montmorillonite composite material and a preparation method and application thereof. In the preparation method, sodium montmorillonite is first treated with acid to obtain acid modified sodium montmorillonite, which accounts for 60% - 80% of the total mass of the acid modified montmorillonite and corncob powder, and then mixed with the milled corncob powder in water, and finally calcined at 300-500 \u2103 for 3-5h under the protection of nitrogen to prepare corncob biochar montmorillonite composite. The invention uses corncob as raw material, effectively reduces the pollution problem caused by burning corncob, the preparation process is simple, the production cost is low, the time-consuming is small, and the waste resources are fully utilized, and the environmental pollution is reduced. The corncob biochar montmorillonite composite adsorption material has excellent adsorption performance for heavy metals, and for Pb

【技术实现步骤摘要】
生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于重金属吸附材料
，涉及一种生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
重金属包括Cu，Zn，Cd，Pb，Hg，As等，具有生物毒性，且在土壤中难以降解，极大的影响了土壤的肥力，并且容易在人体中富集，影响人类的身体健康，因此重金属污染已经成为急待解决的问题。蒙脱石是一种2:1型层状硅铝酸盐矿物，晶体结构是两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧或者-OH的八面体，其中的硅离子和氯离子易被低价阳离子如Mg2+，Fe2+，Zn2+交换，所以具有很强的离子交换能力，可作为重金属吸附材料。目前常通过添加改性剂来增加层间距和比表面积以改善蒙脱石的吸附能力。生物炭作为细小的多孔碳质固体材料，具有吸附能力强、比表面积大、多孔、较好的阳离子吸附能力、化学性能稳定，耐酸、碱的特性。目前有研究探索了竹粉生物炭-蒙脱石复合材料对NH4+和PO43-的吸附性能，(Environmental-friendlymontmorillonite-biocharcomposites:Facileproductionandtunableadsorption-releaseofammoniumandphosphate，LiangChen,el.al)。还有研究专注于该复合材料对有机物的降解(EffectsofpH,dissolvedhumicacidandCu2+ontheadsorptionofnorfloxacinonmontmorillonite-biocharcompositederivedfromwheatstraw[J].ZhangJ,etal.BiochemicalEngineeringJournal,2018,130:104-112.)。尚未有将生物炭-蒙脱石复合材料应用于重金属吸附中的报道。
技术实现思路
本专利技术提供一种生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的技术方案如下：生物炭-蒙脱石复合材料的制备方法，具体步骤如下：步骤1，将钠基蒙脱石分散在水中，加入盐酸调节pH至4～5，搅拌反应完全，抽滤，干燥，研磨，过筛，得到酸改性蒙脱石；步骤2，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，将酸改性蒙脱石和玉米芯粉末加入水中，搅拌混合均匀，抽滤，干燥后，在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，得到玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料。优选地，步骤1中，所述的钠基蒙脱石的阳离子交换容量为80～100mmol/100g。优选地，步骤1中，所述的过筛为过200目筛。优选地，步骤2中，所述的玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的80％。优选地，步骤2中，所述的干燥为70℃下干燥12h。优选地，步骤2中，所述的煅烧温度为400℃。优选地，步骤2中，所述的煅烧过程中的升温速度为20℃/min。本专利技术还提供上述制备方法制得的生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料。进一步地，本专利技术提供上述生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料在重金属吸附中的应用，具体应用方法为：将玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料加入到含重金属溶液中，调节pH至4～5。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)方法简单，原料来源广泛，成本较低，易于大规模生产；(2)采用玉米芯为原料，解决了废弃玉米芯的回收再利用问题，提高了生物资源的利用率，同时解决了玉米秸秆焚烧带来的环境污染；(3)制得的玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附材料对重金属吸附性能优良，单一的生物炭对于Pb2+和Cu2+的吸附量为89.22mg/g和109.84mg/g，蒙脱石对Pb2+和Cu2+的吸附量为110.20mg/g和130.11mg/g，而本专利技术的复合材料对于Pb2+和Cu2+的吸附量可达到190.68mg/g和240.45mg/g。附图说明图1为酸改性钠基蒙脱石、纯玉米芯生物炭、80％生物炭-蒙脱石复合材料的XRD图。图2为所制备的复合吸附材料在不同生物炭的含量下对100mg/l的重金属的吸附数据分析图。图3为在不同热解温度下制备的复合吸附材料对100mg/l的重金属的吸附数据分析图图4为所制备的复合材料在不同初始浓度的重金属溶液中的吸附数据分析图。图5为所制备的复合吸附材料在不同pH的重金属溶液中的吸附数据分析图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步详细说明。实施例1将钠基蒙脱石分散在水中，加入1mol/LHCl调节溶液pH为4～5，磁力搅拌12h，得到酸改性蒙脱石。分别按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的100％，80％，60％，40％，20％，0％，将酸改性蒙脱石和玉米芯粉末加入水中，搅拌混合均匀，抽滤，干燥后，在氮气保护下于400℃下煅烧5h，得到玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附材料。对单一的蒙脱石，玉米芯生物炭和玉米芯生物炭-蒙脱石复合材料用X射线衍射光谱进行表征，结果如图1所示。从图中可知，Mt的d001＝1.52nm(2＝6.02)，对于复合材料，经过400℃高温热解，d001值降低变为d001＝1.23nm(2＝8.39)，这是由于在热解过程中，不仅蒸发了蒙脱石表面吸附的水分子，而且层间水也同时失去，导致蒙脱石的层间距收缩。在400℃经热处理后，可以发现复合物在2＝19.82处的峰值较纯蒙脱石有所增加，可能是生物炭的存在导致的。将不同比例下制得的玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附材料分别加入到100mg/l的Cu2+和Pb2+溶液中进行吸附，调节pH为4-5，25℃下搅拌2h。结果，玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的100％，80％，60％，40％，20％，0％制得的玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附材料对应剩余Cu2+浓度分别为4.324mg/l，2.218mg/l，5.733mg/l，8.968mg/l，12.061mg/l，13.792mg/l。去除率分别为95.68％，97.78％，94.27％，91.03％，87.94％，86.21％。玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的100％，80％，60％，40％，20％，0％制得的玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附材料对应的剩余Pb2+浓度为2.961mg/l，1.164mg/l，4.838mg/l，5.374mg/l，7.169mg/l，9.951mg/l。去除率分别为97.04％，98.84％，95.16％，94.63％，92.83％，90.41％。因此，当玉米芯粉末占总质量的60％～80％时对Pb2+和Cu2+的吸附效果更好，玉米芯粉末占总质量的80％时，吸附效果最佳。如图2所示，所制备的复合吸附材料对相同浓度的Pb2+和Cu2+的吸附效果不同，这可能是因为复合吸附材料对于Cu2+和Pb2+的吸附机理有所差异。Pb2+和Cu2+与复合材料中含氧官能团相互作用，导致其对两种金属离子的吸附作用均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生物炭-蒙脱石复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1，将钠基蒙脱石分散在水中，加入盐酸调节pH至4～5，搅拌反应完全，抽滤，干燥，研磨，过筛，得到酸改性蒙脱石；/n步骤2，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，将酸改性蒙脱石和玉米芯粉末加入水中，搅拌混合均匀，抽滤，干燥后，在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，得到玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料。/n

【技术特征摘要】
1.生物炭-蒙脱石复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，将钠基蒙脱石分散在水中，加入盐酸调节pH至4～5，搅拌反应完全，抽滤，干燥，研磨，过筛，得到酸改性蒙脱石；
步骤2，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，将酸改性蒙脱石和玉米芯粉末加入水中，搅拌混合均匀，抽滤，干燥后，在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，得到玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的钠基蒙脱石的阳离子交换容量为80～100mmol/100g。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的过筛为过200目筛。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王风云，付晨露，夏明珠，雷武，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32