磁性生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种磁性生物炭及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
磁性生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及磁性生物炭制备
，具体涉及一种磁性生物炭及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着社会发展和医疗产业的进步，个人护理产品（
PPCPs
）
、
抗抑郁药物（
AD
）和其他抗生素（
Antibiotic
）的大量使用导致痕量污染物在环境中的累积和循环，经过食物链的浓缩被人体吸收最终可能致癌
。
传统水处理通过在污水处理终端投加生物炭等吸附剂，强化生物厌氧好氧处理实现对痕量污染物的降解
。
但往往事倍功半，甚至由于部分污染物（如重金属
、
抗生素）具有杀菌效果，导致污水处理厂额外的成本消耗
。
[0003]申请号为
202210664652.X
的中国专利公开了一种一种高吸附性能生物炭纳米零价铁复合物的制备方法
。
该方法将植物基生物质（如茶渣
、
花生壳等）和铁（Ⅲ）研磨混匀在静态空气氛围于
400~500℃
热解，再与碱研磨混匀在
550~650℃
热解得到磁性生物炭纳米零价铁复合物
。
该制备方法复杂且物理研磨难以做到磁性物质均匀负载，虽然有较强的吸附性能，但仅针对于亚甲基蓝
、
甲基橙等染料大分子物质，对小分子痕量污染物难以有效去除
。
[0004]申请号为
202111212454.1
的中国专利公开了一种富碳磁性生物炭制备方法，该方法剩余污泥脱水后得到脱水污泥；向脱水污泥中添加铁源搅匀，经机械脱水与干化后得到调制干化污泥；或脱水污泥干化后添加铁源搅匀，得到调制后干化污泥；调制干化污泥或调制后干化污泥在隔氧条件下升温碳化并保温，冷却后经粉碎
、
筛选得到磁性生物炭
。
该方法仅作为污水脱氮的碳源和微生物载体，工艺的局限性无法有效抑制痕量污染物对微生物的杀菌效果
。
[0005]申请号为
202210297236.0
的中国专利公开了一种利用黄铁矿改性生物炭降解水体中抗生素的方法，该方法中，黄铁矿改性生物炭是以生物炭和黄铁矿为原料，经煅烧后制得，煅烧的温度为
300℃
～
700℃。
该方法涉及降解抗生素，但氧化剂选择过氧化氢，产生的羟基自由基降解效果低于硫酸根自由基，无法处理高浓度成分复杂的废水
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种磁性生物炭及其制备方法和应用，以解决传统生物炭的吸附能力差，且无法有效对痕量污染物进行催化降解的问题
。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种磁性生物炭制备方法，包括：步骤一，将生物质前驱体浸渍在铁盐溶液中，充分搅拌均匀并超声
0.5~1.0h
，
105~120℃
烘干冷却至室温；步骤二，将生物质前驱体转移至管式炉中，在连续通入氮气条件下进行分段热解：第一段在热解温度
600~950℃
下加热
1~3h
，第二段在热解温度
1000~1500℃
下加热
0.5~1h
；步骤三，将热解所得固体混合物冷却至室温后，用去离子水洗涤
3~5
次，然后将固
体混合物浸入螯合剂溶液中，磁力搅拌
1~2 h
；步骤四，将固体混合物滤出，用去离子水洗涤
3~5
次，
70~85℃
烘干，最终得到磁性生物炭，所述磁性生物炭用于活化过硫酸盐，在一定温度和
pH
条件下降解典型痕量污染物
。
[0008]进一步地，步骤一中，所述生物质前驱体包括：农林废弃物或板框泥；所述农林废弃物包括椰壳
、
核桃壳
、
小龙虾壳以及园林修剪弃枝，所述板框泥包括污水处理厂活性污泥以及自来水厂排泥
。
[0009]进一步地，步骤一中，所述铁盐溶液是二价铁
、
三价铁化合物的一种或多种混合溶液；所述生物质前驱体与铁盐溶液的固液比为1：
3~1
：7；所述的铁盐溶液浓度为
0.1~5.0 mol/L。
[0010]进一步地，步骤一中，所述的搅拌采用机械搅拌，转速范围为
120~500 rpm
，所述的超声采用超声波分散设备，功率范围为
1.0 kW~3.0 kW。
[0011]进一步地，步骤二中，所述通入氮气的流速为
0.15~0.45 L/min
，所述热解的升温速度为
5~10 ℃/min。
[0012]进一步地，步骤三中，所述螯合剂包括羟基羧酸类
、
氨基羧酸类中一种或多种混合物
。
[0013]进一步地，步骤三中，所述螯合剂溶液浓度
1.0~3.0 mol/L
；所述的固体混合物与螯合剂溶液的固液比为1：
2~1
：5；所述的磁力搅拌转速为
60~200 rpm。
[0014]进一步地，步骤四中，所述的过硫酸盐为过单硫酸盐和过二硫酸盐；所述的典型痕量污染物包括重金属
、
苯酚
、
双酚
A、
卡马西平
、
四环素
、
喹诺酮类抗生素
、
大环内酯类抗生素
、
氨基糖苷类抗生素中的一种或多种；所述的一定温度为
20~25℃
，所述
pH
范围为
6.5~7.8。
[0015]第二方面，本专利技术还提供以上所述的磁性生物炭制备方法所制得的磁性生物炭
。
[0016]第三方面，本专利技术还提供以上所述的磁性生物炭制备方法所制得的磁性生物炭在降解典型痕量污染物方面的应用
。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的一种磁性生物炭及其制备方法和应用，制备方法简单
、
成本低廉，生物质前驱体均属于固废利用，铁盐
、
过硫酸盐
、
螯合剂等均属于成熟的工业化学制品；本专利技术制备的磁性生物炭吸附性能优异，极大地提升了对重金属最大吸附容量，有利于应用于土壤重金属污染修复；本专利技术制备的磁性生物炭原位氧化还原诱导过硫酸盐产生硫酸根自由基速率快，氧化能力强，在深度处理领域具有广泛的应用前景；本专利技术制备的磁性生物炭降解途径不单一，自由基和非自由基途径对痕量污染物具有广谱吸附降解能力
。
附图说明
[0018]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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磁性生物炭制备方法，其特征在于，包括：步骤一，将生物质前驱体浸渍在铁盐溶液中，充分搅拌均匀并超声
0.5~1.0h
，
105~120℃
烘干冷却至室温；步骤二，将生物质前驱体转移至管式炉中，在连续通入氮气条件下进行分段热解：第一段在热解温度
600~950℃
下加热
1~3h
，第二段在热解温度
1000~1500℃
下加热
0.5~1h
；步骤三，将热解所得固体混合物冷却至室温后，用去离子水洗涤
3~5
次，然后将固体混合物浸入螯合剂溶液中，磁力搅拌
1~2 h
；步骤四，将固体混合物滤出，用去离子水洗涤
3~5
次，
70~85℃
烘干，最终得到磁性生物炭，所述磁性生物炭用于活化过硫酸盐，在一定温度和
pH
条件下降解典型痕量污染物
。2.
根据权利要求1所述的磁性生物炭制备方法，其特征在于，步骤一中，所述生物质前驱体包括：农林废弃物或板框泥；所述农林废弃物包括椰壳
、
核桃壳
、
小龙虾壳以及园林修剪弃枝，所述板框泥包括污水处理厂活性污泥以及自来水厂排泥
。3.
根据权利要求1所述的磁性生物炭制备方法，其特征在于，步骤一中，所述铁盐溶液是二价铁
、
三价铁化合物的一种或多种混合溶液；所述生物质前驱体与铁盐溶液的固液比为1：
3~1
：7；所述的铁盐溶液浓度为
0.1~5.0 mol/L。4.
根据权利要求1所述的磁性生物炭制备方法，其特征在于，步骤一中，所述的搅拌采用机械搅拌，转速范围为
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马吴成，毕博，耿韧，金秋，刘园园，赵广举，田鹏，王海鹏，李成超，
申请(专利权)人：南京市高淳区水务局，
类型：发明
国别省市：