一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法及应用

本发明涉及吸附剂，具体涉及一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，由于化学除草剂的大量施用，以及除草剂污染物的可迁移性和降解速度慢，在土壤中容易富集，污染土壤，进而直接或间接地产生一些生物危害，其在生物体内具有富集作用强、毒性大、隐蔽性、长期性等特点，严重污染环境和威胁人体健康，因此，开发有较强吸附能力和稳定性的生物炭，对除草剂污染物的防控具有重要意义。

2、生物炭是在隔绝空气的条件下生物质材料经高温热解或者水热碳化得到的富碳物质，具有较大的比表面积和丰富的含氧功能团，是一种高效且廉价的吸附剂、催化剂，还可用于分层、精制、浓缩和褪色等。研究表明，单一生物炭对污染物的吸附效果十分有限，需对其进行改性以提高生物炭的吸附性能。研究发现，naoh改性后的稻壳生物炭表面粗糙，比表面积和孔容均有不同程度的增大；以高锰酸钾溶液作为活化剂,制备板栗壳生物炭，该材料对cr(vi)的最大吸附量为61.31mg/g。

3、花生壳是我国典型的农业废弃物，我国的花生壳年产量约为500万吨，目前除少部分用作饲料外，大部分被丢弃或直接焚烧，利用率较低，造成资源的严重浪费和大气环境污染。将花生壳在高温下制备为生物炭，既可有效解决花生壳处置问题，实现资源化利用，又可以作为吸附剂治理污染，达到以废治废的目的。

4、但是，目前传统方法制备的单一的花生壳生物炭吸附能力十分有限，为了解决这一问题，申请人提供一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法及应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法及应用，其中，所述过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法具体如下：

2、1.花生壳原料先用水洗净后，用80～100℃烘干至恒重，粉碎过60～80目筛，将花生壳粉放入过量的环氧大豆油中，在165～175℃的条件下反应10～18h，得到预处理的花生壳；

3、2.将预处理的花生壳与过氧化氢溶液混合，室温下用磁力搅拌器搅拌12～24小时后，放入烘箱，在80～100℃烘干至恒重，得到改性花生壳粉；

4、3.将改性花生壳粉置于通入氮气的密闭管式炉中，先升温，当温度达到500～700℃后保持碳化1～3h，冷却至室温，撤掉氮气，粉碎过80～100目筛，得到过氧化氢改性花生壳生物炭；

5、进一步，所述过氧化氢溶液质量浓度为5～10％；

6、进一步，所述预处理的花生壳与过氧化氢溶液的质量比为1:1～1:10；

7、进一步，所述氮气的流速为18～25ml/min；

8、进一步，所述升温速率为10～20℃/min；

9、本发明所述过氧化氢改性花生壳生物炭可应用于除草剂的吸附和土壤除草剂污染的治理。

10、进一步，所述过氧化氢改性花生壳生物炭可应用于除草剂硝磺草酮或莠去津的吸附。

11、实验方法——

12、花生壳生物炭物化性质测定：c、h、n、o元素含量用元素分析仪(vario el iii)测定；比表面积和孔隙结构特征利用物理吸附分析仪(asap2020m c)测定。

13、红外分析：花生壳生物炭样品和溴化钾烘干备用,称取1mg待测样品,将其和溴化钾以质量比1∶99在玛瑙研钵中混合研磨，最后置于油压机压制成片，测试温度为25℃；经傅里叶红外光谱仪扫描得生物炭的红外光谱，波数范围500～4000cm-1。

14、sem分析：花生壳生物炭不具有导电特性，在观察样品的微观形貌前需采用真空镀膜仪对其进行喷金处理；测试加速电压为10.0kv，测试距离6.5mm。

15、除草剂吸附动态实验：取未被除草剂污染的土壤一份，加入0.1％的除草剂，搅拌均匀，平均分成三组，设置a组:未加生物炭(土壤)、b组:按土壤重量加入0.1％花生壳生物炭(花生壳生物炭)、c组:按土壤重量加入加0.1％过氧化氢改性后的花生壳生物炭(过氧化氢接枝生物炭)三组处理实验，每组三个平行，开展除草剂的吸附动态试验。取不同时间段三组吸附后的土壤样本各1g，用液相色谱仪测定各样本中除草剂的残留量me，按如下公式计算吸附量：

16、qe＝me-m0/m

17、其中，qe(mg/g)为花生壳生物炭(改性花生壳生物炭)对除草剂的吸附量，m0、me(mg)分别为加入的除草剂的初始量和吸附一定时间后的残留量，m(g)为花生壳生物炭(改性花生壳生物炭)的质量。

18、有益效果

19、本发明首先通过环氧大豆油接枝到花生壳表面，得到预处理的花生壳，再过氧化氢改性后的花生壳生物炭，含氧、含氮功能团更加丰富，具有很大的阳离子交换量；生物炭表面带有大量缺位电子和较高的电荷密度，可与土壤中除草剂通过氢键作用和π-π电子受体-供体效应产生吸附，形成稳定的络合物或螯合沉淀物，从而降低土壤中除草剂的含量、有效性和迁移性；经过过氧化氢改性后的花生壳生物炭表面结构明显变得疏松，表面形成一些凹陷的孔道，比表面积和孔容明显增大，而且孔道表面呈现大量的孔隙，说明过氧化氢改性花生壳生物炭的结构有利于增大比表面积，可提供大量的吸附位点和空间，从而具有更强的吸附能力；申请者在添加0.1％的过氧化氢改性生物炭后土壤吸附硝磺草酮和莠去津能力分别提高了7倍和11倍；吸附除草剂后，形成稳定的络合物或螯合沉淀物，可极大降低除草剂的可迁移性和生物危害；此外，改性花生生物炭的疏松的空隙结构，有利于容纳更多的土壤微生物，利用某些土壤微生物特异性降解能力，可将吸附的除草剂逐步分解，最后在土壤中矿化生成二氧化碳和水，并被植物吸收后进入自然循环状态。过氧化氢改性花生壳生物炭的应用，既可有效解决花生壳处置问题，实现资源化利用，又可以作为吸附剂实现对土壤除草剂污染的治理和土壤的改良，达到以废治废的目的，具有良好的经济社会和生态效益，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤如下：

2.一种过氧化氢改性花生壳生物炭的应用，其特征在于：所述过氧化氢改性花生壳生物炭可应用于除草剂的吸附和土壤除草剂污染的治理，所述过氧化氢花生壳生物炭是通过如下方法制备：

3.如权利要求1或2所述的过氧化氢花生壳生物炭，其特征在于，所述预处理的花生壳与过氧化氢溶液的质量比为1:1～1:10。

4.如权利要求1或2所述的过氧化氢花生壳生物炭，其特征在于，所述氮气的流速为18～25ml/min。

5.如权利要求1或2所述的过氧化氢花生壳生物炭，其特征在于，所述升温速率为10～20℃/min。

6.如权利要求2所述的过氧化氢改性花生壳生物炭的应用，其特征在于，所述过氧化氢改性花生壳生物炭应用于除草剂硝磺草酮或莠去津的吸附。

技术总结
本发明提供了一种过氧化氢改性花生壳生物炭的制备方法及应用，属于吸附剂技术领域；所述制备方法包括用环氧大豆油和花生壳反应得到预处理的花生壳，再用过氧化氢溶液改性处理后，通入氮气，在500～700℃碳化，冷却粉碎过筛，得到过氧化氢改性花生壳生物炭；所述制备方法易于推广和大规模生产应用，原料低廉易得；过氧化氢改性的花生壳生物炭可有效吸附土壤中的除草剂，极大降低除草剂的可迁移性和生物危害，再利用土壤微生物的特异性降解能力，将吸附的除草剂逐步分解矿化生成二氧化碳和水，并被植物吸收后进入自然循环状态，可实现对土壤除草剂污染的治理和土壤的改良，具有良好的经济社会和生态效益，应用前景广阔。

技术研发人员：董旭,段劲生,孙明娜,褚玥,童舟,孟丹丹,易晓童
受保护的技术使用者：安徽省农业科学院植物保护与农产品质量安全研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15