【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物吸附，尤其涉及一种氮磷双掺杂磁性水热炭及其制备方法与应用。
技术介绍
1、染料污染物，如亚甲基蓝，是土壤和水资源污染的主要来源。但在纺织染色过程中不可避免的会将废水向环境排放，未经处理的废水直接排放，会对水生生态系统、土壤环境及人类健康构成严重威胁。
2、在目前的废水处理技术中，吸附法因操作简单、去除效率高，在一众去除方法中脱颖而出。然而，生物炭作为一种传统的吸附材料，却依然存在诸多局限：单元素掺杂的生物炭表面活性位点匮乏，吸附性能不佳；活化所用方法成本高昂，资源消耗较大，与低碳环保理念相悖；碳材料投入后回收困难，可能会造成二次污染。
3、针对上述问题，本专利技术创新的提出了一种低碳环保的多元素掺杂磁性水热炭，显著的提高了生物炭的吸附性能，且便于回收再利用。同时，相比于传统生物炭热解方法，本专利技术水热法降低了能耗与碳排放，为染料污染的处理提供了一种低成本、高效益的解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种吸附性能好、便于回收利用、低碳环保、成本低的氮磷双掺杂磁性水热炭及其制备方法与应用。
2、本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
3、一种氮磷双掺杂磁性水热炭，包括如下步骤：
4、（1）预处理
5、将水生生物质前体-莲杆烘干后粉碎，得生物质粉末，将粉末清洗后烘至绝干；
6、（2）水热
7、将生物质粉末、氮磷化合物和水混合，180~26
8、（3）赋磁
9、将水热炭前体与含二价铁、三价铁的溶液混合，并磁力搅拌；搅拌过程中，控制时间和温度；搅拌完成后，用碱性化合物调节ph，得水热炭；
10、（4）后处理
11、将水热炭清洗至中性后烘至绝干，得目标所需的氮磷双掺杂磁性水热炭。
12、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（1）中，生物质粉末依次用水和乙醇清洗，清洗后75~85℃温度烘干。
13、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（2）中，氮磷化合物为磷酸氢二铵。
14、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（3）中，含二价铁离子、三价铁离子的溶液为四水氯化亚铁-六水三氯化铁混合溶液，其中，二价铁离子和三价铁离子的混合比分别为1：2。
15、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（3）中，磁力搅拌时间30min，搅拌温度80~90℃。
16、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（3）中，ph调节范围为10~13。
17、作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤（4）中，依次使用水、乙醇和水清洗水热炭至中性，清洗后75~85℃温度烘干。
18、一种氮磷双掺杂磁性水热炭，采用上述制备方法制备而成。
19、一种上述氮磷双掺杂磁性水热炭在作为染料吸附剂材料中的应用，所述染料包括但不限于是亚甲基蓝（mb）、甲基橙（mo）、孔雀石绿（mg）。
20、本专利技术采用一种创新方法，将广泛可得的水生生物质前体与富含氮、磷的化合物进行联合水热处理，随后利用共沉淀技术将四氧化三铁负载到所得产物之上，成功制备出氮磷双掺杂的磁性水热炭材料。
21、本专利技术相比现有技术的优点在于：
22、（1）本专利技术通过一步法实现氮磷双元素掺杂，丰富了水热炭的吸附位点数量，使其在处理废水时展现出更为优异的吸附性能；而当四氧化三铁被负载于水热炭上时，其分散性和稳定性也得到显著提高，这是因为水热炭作为高效载体，能够有效抑制四氧化三铁颗粒的团聚现象，从而确保了复合材料维持较高的比表面积（102.4460m2/g）和丰富的吸附位点，相比于赋磁前比表面积提升十倍左右；同时，四氧化三铁的负载也为反应提供了更多的活性位点，显著提高对废水中染料的吸附能力，最大吸附量高达2430.235mg/g，解决了传统水热炭吸附活性位点匮乏，吸附性能不佳的问题。
23、（2）本专利技术基于水热法制备相应生物炭，水热法过程中容器内含有的水分子有利于形成具有更多含氧官能团的精细结构产物；而传统的热解法，例如管式炉烧制法，通常在较高温度下进行，虽然可以得到石墨化程度较高、稳定性好的产物，但由于高温下的物质迁移和反应速度较快，可能导致产物的均匀性不如水热法好，活性位点的分布也可能受到影响；从本质上对比，水热法和热解法制备的生物炭结构组成和吸附机理完全不同，热解法制备的生物炭主要成分均为c元素，已经高度石墨化，而水热法制备的生物炭由于反应温度在180~260℃之间，主要成分仍为c、h、o，仍含有大量的含氧官能团，这些含氧官能团更有利于后续磁性粒子的负载和对污染物的高效吸附；此外，相比于传统的热解法制备生物炭而言，本专利技术操作步骤也更为简单，反应温度更低，对反应设备要求更低，进一步增强了其经济可行性与环境适应性，解决了传统生物炭制备方法制作工艺复杂，成本较高的问题。
24、（3）本专利技术巧妙地选用莲杆这一广泛存在的农林废弃物作为核心原料，此创新举措不仅有效应对了因莲杆自然腐烂而引发的资源无端浪费及生态环境污染难题，还通过原料的循环利用，展现了高度的资源节约与环境友好特性；此外，莲杆是一种多年水生植物，自身富含大量氮源，在水热过程中还可起到自掺杂的作用；本专利技术在多次处理周期中持续发挥其优异的吸附性能，在五次吸附解吸循环后吸附量为初始值的70%，显著降低了每次处理过程的材料成本。
25、（4）本专利技术制备的磁性水热炭材料展现出了卓越的磁响应性能，这一性能不仅实现了材料的易于分离与高效回收，更促进了重复利用的可能性；通过施加外部磁场，磁性水热炭能够迅速聚集并形成磁链，从而更方便的从废水中分离出来，相较于传统的过滤或离心步骤更为简单快捷，还大大提高了分离速度与效率，为材料的分离、回收及重复使用提供了极大的便利，这种高效的磁分离技术也为材料的重复使用奠定了坚实的基础；这一系列优势共同构成了一个闭环的绿色制备体系，解决了传统生物炭吸附后因分离回收困难而对环境造成的二次污染等问题。
26、（5）本专利技术选用磷酸氢二铵作为掺杂剂，实现了氮磷两种元素的同步掺杂，显著简化了掺杂流程，提高了掺杂效率，并且保证了掺杂过程中的均匀性，此外，通过氮磷双掺杂与磁性粒子的负载，显著增强了生物炭的结构稳定性和化学稳定性。
27、（6）本专利技术将莲杆与磷酸氢二铵一起水热不仅实现了多元素掺杂，提供更多吸附位点，使得吸附性能显著提高；同时水热法也引入了更多含氧官能团，这些含氧官能团作为活性位点可以额外负载磁性粒子，磁性粒子使得吸附性能有所提高，二者结合，起到一加一大于二的效果（掺杂赋磁协同作用）。
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1.一种氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，生物质粉末依次用水和乙醇清洗，清洗后75~85℃温度烘干。
3.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，氮磷化合物为磷酸氢二铵。
4.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含二价铁离子、三价铁离子的溶液为四水氯化亚铁-六水三氯化铁混合溶液，其中，二价铁离子和三价铁离子的混合比分别为1：2。
5.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，磁力搅拌时间30min，搅拌温度80~90℃。
6.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，pH调节范围为10~13。
7.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，依次使用水、乙醇和水清洗水热炭至中性，清洗后75~85℃
8.一种氮磷双掺杂磁性水热炭，其特征在于，采用如权利要求1~7任一所述的制备方法制备而成。
9.一种如权利要求8所述的氮磷双掺杂磁性水热炭在作为染料吸附剂材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，生物质粉末依次用水和乙醇清洗，清洗后75~85℃温度烘干。
3.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，氮磷化合物为磷酸氢二铵。
4.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含二价铁离子、三价铁离子的溶液为四水氯化亚铁-六水三氯化铁混合溶液，其中，二价铁离子和三价铁离子的混合比分别为1：2。
5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭蕊蕊，陈玉霞，张婷婷，曹浦森，梁瑞娜，郭勇，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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