一种生物炭/沸石复合吸附剂材料及其制备方法与流程

本发明属于吸附剂制备技术领域，具体涉及一种生物炭/沸石复合吸附剂材料及其制备方法。

背景技术：

随着工业化和城镇化的发展，我国水环境污染问题也越来越突出，虽然近年来环保法规趋严，执法力度加大，环境状况逐年改善，但是污染排放总量仍然巨大，据报道，2012年全国沸水排放总量为684.6亿吨，化学需氧排放总量为2423.7万吨，氨氮排放总量为253.6万吨。

活性炭由于其丰富的孔隙结构、大的比表面积，沸石由于其强的离子交换能力，使得活性炭和沸石作为吸附剂材料在冶金、化工和环保行业被广泛应用。在废水处理中，活性炭因其具有疏水、非极性的特点，对废水的色、臭及cod、bod、有机物等有良好的去除作用，而对极性物质如氨氮的处理效果欠佳。而沸石作为亲水、极性材料，对氨氮具有良好的选择性吸附效果。因此在处理一些成分较为复杂的废水的时候，使用活性炭或沸石单一吸附剂难以实现净化效果，联合使用的处理过程工艺较为复杂。例如在工厂废水处理中需要去除其重金属离子，首先需要使用活性炭去除其中的有机物，在后再利用沸石分离其中的重金属离子。而通过特点的工艺将两种吸附剂复合在一起制备出复合材料可将难处理废水中多种物质一次性去除，降低废水处理工艺复杂性和成本。

近年来，由于各类废水产量急剧增加，对于废水处理过程的低成本、高效率和工艺简单化的要求特别突出。为实现这一目的，很多学者研究在废水处理过程中高效复合材料的制备工艺、结构与性能的研究。对这一内容的研究，可以强化国家经济发展过程中的对环境保护、节能减排、绿色发展的理念，可以促进废水处理工艺的多样性和高效性相结合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生物炭/沸石复合吸附剂材料及其制备方法。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种生物炭/沸石复合吸附剂材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将固体生物质初步清洗去除泥土等杂质，对生物质充分脱水。

2)将烘干的原材料经粉碎机粉碎，过筛，使颗粒直径不大于1mm；

3)将得到的生物质颗粒在微波热解炉中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解，得到生物炭材料；

4)将得到的生物炭加入到热碱液中搅拌24h以上，静置，得到具有生物炭与沸石复合结构的多孔吸附材料；

5)得到的复合材料经过蒸馏水反复冲洗至ph值为中性，即制得吸附剂复合材料。

进一步的，步骤(1)中所述的生物质脱水至含水率不超过1％。

进一步的，步骤(3)中所述的裂解条件为：温度400～700℃，保温时间1～2h。

进一步的，步骤(4)中所述的碱液为naoh溶液、koh溶液、naco3溶液中之一种或多种混合液。

进一步的，步骤(4)中所述的生物炭与碱液的质量比为1:3～10。

进一步的，步骤(4)中所述的热碱液的温度保持在100～200℃之间。

在本发明的另一方面，上述制备方法制备得到的生物炭/沸石复合吸附剂材料也在本发明的保护范围之内。

在本发明的另一方面，所述的生物炭/沸石复合吸附剂材料在水处理中的应用。

本发明的有益效果为：

本发明技术方案利用生物炭中的灰分组分经过热碱液处理得到y型沸石，并与生物炭之间产生键合作用形成超级吸附剂材料，对污水中的重金属、氮氧化合物、硫氧化合物、抗生素等都有显著的吸附效果。

本发明所使用的生物质是各类农业废弃物(秸秆、林木枝杈以及木制品边角料)在微波热解装置中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解制得生物炭，是固体废弃物的循环再利用，并且利用生物炭中的灰分通过碱液处理成沸石，并与生物炭之间形成键合作用，而得到一种有机无机复合材料，应用于成分复杂的难处理的污水处理，在吸附性能上远远好于各类活性炭材料或沸石材料，在制造成本和环境效益上有不可比拟的优势，在废物处理、环境保护和经济效益等多方向有较好的示范作用和应用推广价值。

附图说明

图1是生物炭/沸石复合材料形貌图；

图2是生物炭/沸石添加量对废水中氮的去除率。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种生物质制备生物炭/沸石复合吸附剂材料的方法，包括以下步骤：

1)生物质原料经过烘干脱水至1％以下：将固体生物质初步清洗去掉泥土等杂质后，在干燥箱或自然通风条件下将生物质充分脱水，至含水率不超过1％。

2)烘干原料粉碎至1mm以下的颗粒：将烘干以后的原材料经粉碎机粉碎，过1mm筛子，使其成为直径不大于1mm的颗粒；

3)热裂解处理：将得到的生物质颗粒在微波热解炉中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解，使用温度为400℃，保温时间1-2h，得到生物炭材料；

4)碱液沸石化处理：将得到的生物炭加入到1mol的naoh溶液中，naoh溶液温度保持在100℃,生物炭与碱液的质量比为1:3，强力搅拌24h以上，搅拌器转速为2000r/min，静置2h，得到具有生物炭与沸石复合结构的多孔吸附材料

5)清洗：将得到的复合材料经过蒸馏水反复冲洗至ph值为中性，即制得用于水处理的超级吸附剂复合材料(图1)。将所制备的材料烘干以后作为水处理的填料，代替活性炭处理各类难处理的污水。

制备得到的超级吸附剂复合材料对废水中氮的去除效果如图2所示。

实施例2

本实施例提供了一种生物质制备生物炭/沸石复合吸附剂材料的方法，包括以下步骤：

1)生物质原料经过烘干脱水至1％以下：将固体生物质初步清洗去掉泥土等杂质后，在干燥箱或自然通风条件下将生物质充分脱水，至含水率不超过1％。

2)烘干原料粉碎至1mm以下的颗粒：将烘干以后的原材料经粉碎机粉碎，过1mm筛子，使其成为直径不大于1mm的颗粒；

3)热裂解处理：将得到的生物质颗粒在微波热解炉中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解，使用温度为600℃，保温时间1-2h，得到生物炭材料；

4)碱液沸石化处理：将得到的生物炭加入到1mol的koh溶液中，koh溶液温度保持在150℃,生物炭与碱液的质量比为1:7，强力搅拌24h以上，搅拌器转速为2000r/min，静置2h，得到具有生物炭/沸石复合结构的多孔吸附材料

5)清洗：将得到的复合材料经过蒸馏水反复冲洗至ph值为中性，即制得用于水处理的超级吸附剂复合材料。将所制备的材料烘干以后作为水处理的填料，代替活性炭处理各类难处理的水。

实施例3

本实施例提供了一种生物质制备生物炭/沸石复合吸附剂材料的方法，包括以下步骤：

1)生物质原料经过烘干脱水至1％以下：将固体生物质初步清洗去掉泥土等杂质后，在干燥箱或自然通风条件下将生物质充分脱水，至含水率不超过1％。

2)烘干原料粉碎至1mm以下的颗粒：将烘干以后的原材料经粉碎机粉碎，过1mm筛子，使其成为直径不大于1mm的颗粒；

3)热裂解处理：将得到的生物质颗粒在微波热解炉中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解，使用温度为700℃，保温时间1-2h，得到生物炭材料；

4)碱液沸石化处理：将得到的生物炭加入到1mol的naco3溶液中，naco3溶液温度保持在200℃,生物炭与碱液的质量比为1:10，强力搅拌24h以上，搅拌器转速为2000r/min，静置2h，得到具有生物炭与沸石复合结构的多孔吸附材料

5)清洗：将得到的复合材料经过蒸馏水反复冲洗至ph值为中性，即制得用于水处理的超级吸附剂复合材料。将所制备的材料烘干以后作为水处理的填料，代替活性炭处理各类难处理的污水。

实施例4

本实施例提供了一种生物质制备生物炭/沸石复合吸附剂材料的方法，包括以下步骤：

1)生物质原料经过烘干脱水至1％以下：将固体生物质初步清洗去掉泥土等杂质后，在干燥箱或自然通风条件下将生物质充分脱水，至含水率不超过1％。

2)烘干原料粉碎至1mm以下的颗粒：将烘干以后的原材料经粉碎机粉碎，过1mm筛子，使其成为直径不大于1mm的颗粒；

3)热裂解处理：将得到的生物质颗粒在微波热解炉中在氮气、氦气等保护性气体或者限氧条件下热裂解，使用温度为600℃，保温时间1-2h，得到生物炭材料；

4)碱液沸石化处理：将得到的生物炭加入到1mol的koh和naoh混合溶液中，混合溶液温度保持在150℃,生物炭与碱液的质量比为1:7，强力搅拌24h以上，搅拌器转速为2000r/min，静置2h，得到具有生物炭与沸石复合结构的多孔吸附材料；

5)清洗：将得到的复合材料经过蒸馏水反复冲洗至ph值为中性，即制得用于水处理的超级吸附剂复合材料。将所制备的材料烘干以后作为水处理的填料，代替活性炭处理各类难处理的污水。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。