一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及碳材料技术领域，具体涉及一种Al‑Mn改性生物质炭及其制备方法和在重金属废水吸附中的应用，制备方法包括碳酸钾改性生物质炭的制备和Al‑Mn改性生物质炭的制备。本发明专利技术以废弃生物质作为原料，首先利用碳酸钾改性生物质炭，再通过铝、锰氧化物改性，将Al‑Mn氧化物负载到生物质炭上，所制得的Al‑Mn改性生物质炭具有多孔结构和较多的含氧官能团(‑OH、Al

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及碳材料
，具体涉及一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用。
技术介绍
皮革、电镀、冶金等行业排放的废水中常含有铬、镍、镉等重金属元素，严重威胁全球环境安全。离子交换法、化学沉淀法以及膜分离法是现阶段常用的废水处理办法，但这些方法通常都存在成本高或工艺复杂的缺点。与上述方法相比，吸附法更加简便，所消耗的成本也更低。生物质炭因其较大的比表面积和多孔结构常被用作吸附剂，但其对废水中污染物的去除能力仍较低。金属氧化物也可作为吸附剂处理废水中的重金属污染物，但金属氧化物的机械强度较低、孔结构不够发达，使用过程中不易固定。基于此，提供一种既能确保廉价性又具备大吸附量，还可以对金属氧化物起到固定作用的改性生物质炭具有重要意义。
技术实现思路
针对普通生物质炭吸附量偏小、金属氧化物使用过程中不易固定的技术问题，本专利技术提供一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用，以废弃生物质作为原料，首先利用碳酸钾改性生物质炭，再通过铝、锰氧化物改性，将Al-Mn氧化物负载到生物质炭上，所制得的Al-Mn改性生物质炭具有多孔结构和较多的含氧官能团(-OH、Al2O3、AlOOH、MnO和MnO2等)，其通过还原反应、络合反应以及物理吸附、静电吸引等对重金属阴离子污染物表现出良好的去除性能。第一方面，本专利技术提供一种Al-Mn改性生物质炭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)碳酸钾改性生物质炭的制备：将预处理后的生物质原料与K2CO3混合均匀后，在保护气体气氛下热解；(2)Al-Mn改性生物质炭的制备：将碳酸钾改性生物质炭浸渍于Al-Mn溶液中，然后在保护气体气氛下热解，待产物冷却至室温后，经研磨、干燥，得到Al-Mn改性生物质炭。进一步的，所述步骤(1)为将预处理后的生物质原料与K2CO3按照重量比1：2混合均匀后，在氮气气氛下热解，热解温度600℃-800℃，升温速率5℃/min，保温时间1h-2h。进一步的，所述步骤(1)中，预处理包括生物质原料的清洗、干燥和粉碎。进一步的，所述步骤(1)中，生物质原料包括树叶、秸秆中的至少一种。进一步的，所述步骤(2)为将碳酸钾改性生物质炭和Al-Mn溶液的混合物烘干后，在氮气气氛下热解，热解温度600℃-800℃，升温速率5℃/min，热解时间1h-2h。进一步的，所述步骤(2)中，Al-Mn溶液的制备方法为将0.6953g的AlCl3·6H2O和0.0759g的KMnO4溶于4mL蒸馏水中，搅拌均匀。进一步的，所述步骤(2)中，每4mLAl-Mn溶液浸渍0.25g-1.5g生物质炭。第二方面，本专利技术提供一种由上述制备方法制得的生物质炭。第三方面，本专利技术提供一种上述制备方法制得的生物质炭在重金属废水吸附中的应用。进一步的，所述重金属废水为含Cr(VI)废水。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的Al-Mn改性生物质炭具有较大的总比表面积(1173.360m2/g)和总孔体积(0.541cm3/g)，微孔表面积和微孔体积的百分比分别达到93.97％和83.92％，较高的微孔占比可以提供较大的比表面积并有效截留重金属离子，而少量的介孔可以促进重金属离子的传输，有利于Cr(VI)的去除；多级孔结构以及不同价态铝、锰氧化物的掺杂使得材料具有更多的吸附位点，在25℃条件下，投加量为0.67g/L、废水pH＝3时，吸附8小时后Al-Mn改性生物质炭的理论饱和吸附量可达158.73mg/g。本专利技术提供的Al-Mn改性生物质炭的制备方法具备原材料来源广泛、操作简单、过程容易控制的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为BC、KBC和AMKBC-1的X射线衍射图谱；图2为BC、KBC和AMKBC-1的表面形貌与元素组成图；图3为AMKBC-1的元素分布图；图4为AMKBC-1的X射线光电子能谱图；图5为AMKBC-1吸附Cr(VI)的Langmuir模型和Freundlich模型拟合图。图中，BC表示对比例1制得的生物质炭，KBC表示对比例2制得的碳酸钾改性生物质炭，AMKBC-1表示实施例1制得的Al-Mn改性生物质炭。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。实施例1一种Al-Mn改性生物质炭(以下简称AMKBC-1)，以梧桐树叶为生物质原料，将梧桐树叶洗净、烘干并粉碎成梧桐叶粉末后制备Al-Mn改性生物质炭，制备方法包括如下步骤：(1)碳酸钾改性生物质炭的制备：将预处理后的梧桐叶粉末与K2CO3按照1：2的比例混合均匀后放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，并在氮气气氛下进行热解，以5℃/min的升温速率升至800℃，热解2h；(2)Al-Mn改性生物质炭的制备：首先向4mL蒸馏水中加入0.6953g的AlCl3·6H2O和0.0759g的KMnO4，混合均匀得到Al-Mn溶液，将1g碳酸钾改性生物质炭浸渍于该Al-Mn溶液中，将混合物烘干后放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，并在氮气气氛下进行热解，以5℃/min的升温速率升至600℃，热解1h，待产物冷却至室温后，经研磨、干燥，得到AMKBC-1。实施例2-4如下表1所示，实施例2-4与实施例1的区别在于，步骤(2)Al-Mn改性生物质炭的制备中，碳酸钾改性生物质炭的用量不同。以下分别简称实施例2-4制得的Al-Mn改性生物质炭为AMKBC-2、AMKBC-3和AMKBC-4。表1每4mLAl-Mn溶液浸渍的碳酸钾改性生物质炭质量实施例1实施例2实施例3实施例4碳酸钾改性生物质炭质量1g0.25g0.5g1.5g对比例1一种生物质炭(以下简称BC)，以梧桐树叶为生物质原料，将梧桐树叶洗净、烘干并粉碎成梧桐叶粉末后制备生物质炭，制备方法包括如下步骤：将预处理后的梧桐叶粉末放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，并在氮气气氛下进行热解，以5℃/min的升温速率升至800℃，热解2h，待产物冷却至室温后，经研磨、干燥，得到BC。对比例2一种碳酸钾改性生物质炭(以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al-Mn改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)碳酸钾改性生物质炭的制备：将预处理后的生物质原料与K

【技术特征摘要】
1.一种Al-Mn改性生物质炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)碳酸钾改性生物质炭的制备：将预处理后的生物质原料与K2CO3混合均匀后，在保护气体气氛下热解；
(2)Al-Mn改性生物质炭的制备：将碳酸钾改性生物质炭浸渍于Al-Mn溶液中，然后在保护气体气氛下热解，待产物冷却至室温后，经研磨、干燥，得到Al-Mn改性生物质炭。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)为将预处理后的生物质原料与K2CO3按照重量比1：2混合均匀后，在氮气气氛下热解，热解温度600℃-800℃，升温速率5℃/min，保温时间1h-2h。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预处理包括生物质原料的清洗、干燥和粉碎。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，生物质原料包括树叶、秸秆中的至少一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马洪芳，刘志宝，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37