一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用，将稻壳烘至恒重后装入具盖金属容器，置于两组马弗炉内加热，待两组样品冷却至室温取出研磨、过筛；将制得的生物炭颗粒与30%的H2O2按照1:10（M:V）的比例混合后置于烧瓶中，20℃水浴振荡48 h，取出样品后分别用去离子水淋洗，烘干；用Cu（NO3）2•

【技术实现步骤摘要】
一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用


[0001]本专利技术属于铜离子吸附领域，具体涉及一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用。

技术介绍

[0002]生物炭是生物质在完全或部分缺氧的条件下制成的一类富含碳素的高度芳香化固体产物，因其具有较大的比表面积、发达的孔隙结构和各种官能团等特征而得到广泛应用。生物炭可以通过静电作用、离子交换、表面络合和沉淀等过程促进Cu
2+
吸附。通过改性可以改善生物炭孔隙结构、比表面积和官能团种类等，从而使得改性生物炭对Cu
2+
吸附能力明显高于未改性生物炭。

技术实现思路

[0003]解决的技术问题：针对上述现有的生物炭改性技术问题，提出一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用。
[0004]技术方案：
[0005]一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用，步骤为：
[0006]第一步，生物炭的制备：生物炭制备的原材料为水稻稻壳，将稻壳在烘箱中烘至恒重后分两组分别装入具盖金属容器密封，两组具盖金属容器分别置于两组马弗炉内加热，设两组马弗炉的终温分别为350℃和550℃，升温速率均为13.33℃
·
min
‑1，两组马弗炉达到终温后持续加热2h，待两组样品冷却至室温后取出研磨、过筛，选取粒径为0.15－0.25mm的生物炭颗粒备用；
[0007]第二步，将350℃和550℃下制备的生物炭颗粒洗脱去除表面热解残渣后用H2O2老化，具体方法如下：将两种温度下制备所得的生物炭颗粒分别与30％的H2O2按照1:10(M:V)的比例混合后置于烧瓶中，20℃水浴振荡48h，取出样品后分别用去离子水淋洗，于60℃低温烘干备用，样品分别记作记作R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2；取未被老化的生物炭记作R350
‑
CK、R550
‑
CK作为对照，稻壳炭共R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2、R350
‑
CK、R550
‑
CK四组；
[0008]第三步，生物炭对Cu(Ⅱ)静态吸附实验：称取Cu(NO3)2·
3H2O 4.31g于1000ml的容量瓶中，以0.01mol/LKCl为背景液，配置成1000mg/L的Cu
2+
母液，然后稀释母液配制浓度分别为0、20、50、80、100、150、200、250mg/L的Cu
2+
标准液；称取一组0.0500g稻壳炭于50mL塑料离心管中，分别加入0、20、50、80、100、150、200、250mg/L的Cu
2+
标准液25mL，用0.5mol/LHCl或0.5mol/LNaOH分别调节R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2、R350
‑
CK、R550
‑
CK组pH值至5.0；将塑料离心管置于恒温振荡器中振荡24h后取出，4000r/min离心10min，用电感耦合等离子体发射光谱仪分别测定上清液中Cu
2+
的含量，实验设三个重复；用Freundlich和Langmuir模型拟合生物炭对铜离子的吸附等温线，其公式分别为:
[0009]ln q
e
＝ln K f
+1/n(ln C
e
)
[0010]C
e
/q
e
＝C
e
/q
max
+1/(b q
max
)
[0011]式中，q
e
表示平衡时的吸附量，mg/g；C
e
表示平衡时的溶液浓度，mg/L；K
f
是吸附容量，mg/g；n是Freundlich常数，表示吸附强度；q
max
为最大吸附量，mg/g；b表示结合能力大小，L/mg。
[0012]进一步的，对第二步中R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2、R350
‑
CK、R550
‑
CK生物炭比表面积的表征，经过化学氧化后稻壳生物炭的比表面积显著增加，R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2分别达R350
‑
CK、R550
‑
CK的1.84和1.9倍。
[0013]进一步的，对第三步中实验结果与分析经过H2O2氧化后稻壳生物炭R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2对Cu
2+
吸附量相较于R350
‑
CK、R550
‑
CK显著增加；不同老化处理稻壳生物炭对Cu
2+
的吸附等温线由Langmuir和方程和Freundlich方程拟合，拟合获得的参数可以看出两种稻壳炭对Cu
2+
的吸附均能符合Langmuir和Freundlich方程，比较两种拟合方程的R2值，Langmuir方程的R2值普遍大于Freundlich方程，因此采用Langmuir拟合而得最大吸附量q
m
来比较不同稻壳炭对铜离子的吸附差异；与未经化学氧化的生物炭相比，R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2对铜离子的吸附量增加为原来的3.98、1.80倍，生物炭与重金属离子的结合能力及吸附容量因子亦增加，说明化学老化后生物炭对重金属离子的吸附能力大幅提高；老化后生物炭的比表面积显著增加，吸附位点增多，有利于吸附进行，这是导致生物炭对铜离子吸附量增加的主要原因。
[0014]进一步的，所述第一步中烘箱温度为59
‑
61℃，具盖金属容器尺寸为18mm
×
15mm
×
5mm。
[0015]进一步的，所述第一步中生物质炭热解过程中会产生焦油、醋液副产物，为去除杂质、保证实验材料的一致性，研磨过筛后依次采用无水乙醇、NaOH、HCl、纯水洗脱去除生物炭热解残渣。
[0016]进一步的，所述第三步中恒温振荡器温度为24
‑
26℃。
[0017]进一步的，所述第三步中电感耦合等离子体发射光谱仪为Optimal 2100DV，美国Perkin Elmer。
[0018]有益效果：
[0019]1、两种温度下(350、550度)下制备的稻壳生物炭，经过H2O2改性之后其比表面积为改性之前1.84和1.9倍。
[0020]2、改性之后的两种稻壳生物炭对Cu
2+
的最大吸附量分别达59.52、21.74mg/g，是改性之前的3.98、1.80倍，吸附量显著提升。
附图说明
[0021]图1为本申请实施例化学老本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学老化生物炭在铜离子吸附中的应用，其特征在于，步骤为：第一步，生物炭的制备：生物炭制备的原材料为水稻稻壳，将稻壳在烘箱中烘至恒重后分两组分别装入具盖金属容器密封，两组具盖金属容器分别置于两组马弗炉内加热，设两组马弗炉的终温分别为350℃和550℃，升温速率均为13.33℃
·
min
‑1，两组马弗炉达到终温后持续加热2 h，待两组样品冷却至室温后取出研磨、过筛，选取粒径为0.15－0.25 mm的生物炭颗粒备用；第二步，将350℃和550℃下制备的生物炭颗粒洗脱去除表面热解残渣后用H2O2老化，具体方法如下：将两种温度下制备所得的生物炭颗粒分别与30%的H2O2按照1:10（M:V）的比例混合后置于烧瓶中，20℃水浴振荡48 h，取出样品后分别用去离子水淋洗，于60℃低温烘干备用，样品分别记作记作R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2；取未被老化的生物炭记作R350
‑
CK、R550
‑
CK作为对照，稻壳炭共R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2、R350
‑
CK、R550
‑
CK四组；第三步，生物炭对Cu(Ⅱ)静态吸附实验：称取Cu（NO3）2•
3H2O 4.31g于1000ml的容量瓶中，以0.01 mol/L KCl为背景液，配置成1000mg/L的Cu
2+
母液，然后稀释母液配制浓度分别为0、20、50、80、100、150、200、250 mg/L的Cu
2+
标准液；称取一组0.0500 g稻壳炭于50 mL塑料离心管中，分别加入0、20、50、80、100、150、200、250 mg/L的Cu
2+
标准液25 mL，用0.5 mol/L HCl或0.5 mol/L NaOH分别调节R350
‑
H2O2、R550
‑
H2O2、R350
‑
CK、R550
‑
CK组pH值至5.0；将塑料离心管置于恒温振荡器中振荡24 h后取出，4000 r/min离心10 min，用电感耦合等离子体发射光谱仪分别测定上清液中Cu
2+
的含量，实验设三个重复；用Freundlich和Langmuir模型拟合生物炭对铜离子的吸附等温线，其公式分别为:ln q
e = ln K f + 1/n (ln C
e
)C
e / q
e = C
e / q
max + 1/(b q
max
)式中，q
e
表示平衡时的吸附量，mg/g；C
e
表示平衡时的溶液浓度，mg/L；K
f
是吸附容量，mg/g；n是Freun...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兆琴，姜伟立，刘伟京，
申请(专利权)人：江苏开放大学江苏城市职业学院，
类型：发明
国别省市：