芒果核活性生物炭的制备方法、制得的生物炭及其应用与流程

本发明属于环保材料技术领域，具体涉及芒果核活性生物炭的制备方法、制得的生物炭及其应用。

背景技术：

镉（cd）是一种工业常用重金属，广泛应用于电子、化工、核能、电镀行业，这造成工业含镉废水排放量大。镉毒性极强，已被美国毒物和疾病登记署列为最危险的20种毒素的第七位，它可以损害人体器官，例如肾脏和肝脏等，还具有致癌作用。镉无法通过水体自净作用去除，人类活动产生的镉通过生物富集作用和食物链转递进入人类生活和其他生物体内，严重威胁人类的健康和安全。因此有效处理镉污染废水在环境保护上具有重要的意义。

目前处理废水中镉的方法主要分为物理法、化学法、生物法，由于物理法和生物法成本高、投入大，生物法周期长、技术不成熟，使得化学法成为了处理含镉废水的首选。其中吸附法是经济有效的处理方法之一，吸附材料的选取则是吸附法修复水体污染的关键，需要具有较强的吸附能力和良好的生物兼容性等优点。因此，人们在使用吸附法修复重金属污染水体时，需要寻找新型、吸附能力强、安全的吸附剂。

生物炭由生物质在低氧或缺氧的情况下，通过高温热解（＜700℃）得到的富炭材料。生物炭具有比表面积高、孔隙结构发达、稳定性好、吸附能力强等特点，而被广泛应用于土壤改良、环境修复、固碳、废弃物管理等方面。生物炭的原料来源广泛，工农业废弃物如秸秆、果核果壳、动物粪便、污泥等都可用作原料，不同原料和制备温度所制备的生物炭的表面性质和孔隙结构等性质存在很大的差异，而这些性质是影响生物炭吸附性能的控制因素。

芒果是著名的热带水果之一，年产量高，约5.06×10⁶吨，而芒果核占了芒果总重的20%-60%，每年会有大量的芒果核废弃物产生，大量的芒果核如果不及时合理的处理，会造成环境污染，导致经济损失。但目前还未报道过用废弃芒果核制备生物炭，并将芒果核生物炭用于含重金属废水的处理。

技术实现要素：

为了解决上述吸附剂吸附重金属镉能力差及废弃芒果核未能充分利用的问题，本发明提供一种芒果核活性生物炭的制备方法、制得的生物炭及其应用。

本发明所述芒果核活性生物炭的制备方法，包括以下步骤：

1）：将芒果核洗净、烘干、粉碎、过筛得到芒果核粉末；

2）：将步骤1）中的芒果核粉末中加入h2o2溶液充分搅拌后，超声、过滤得滤渣，用蒸馏水将滤渣洗至ph为中性，烘干、粉碎、过筛，得到改性芒果核粉末；

3）：将步骤2）中的改性芒果核粉末在氮气保护下在300-700℃炭化1.5-2.5h后，冷却至室温，得到芒果核生物炭；

4）：将步骤3）中的芒果核生物炭用蒸馏水洗至ph为中性并烘干后，粉碎、过筛，得到芒果核活性生物炭。

上述步骤1）中，烘干的温度为60-65℃，烘干时间为8-12h，粉碎是使用粉碎机进行，过筛是使用50目筛进行。

上述步骤2）中，h2o2溶液的质量百分比浓度为10%，芒果核粉末的质量与h2o2溶液体积的比为20g/250ml，超声时间为2-2.5h。经h2o2溶液浸渍后，芒果核生物炭孔隙结构更发达，有利于对重金属镉的络合。

上述步骤3）中，炭化时，先将改性芒果核粉末置于石英方舟中，然后再置于管式炉中进行炭化，炭化时的升温速度为10℃/min。

上述步骤4）中，烘干的温度为60-65℃，过筛是使用100目筛进行。

本发明还提供一种芒果核活性生物炭，其使用上述制备方法制得。

本发明还提供一种上述芒果核活性生物炭在含镉废水中的应用。

有益效果：（1）本发明采用废弃芒果核制成活性生物炭，用来吸附含镉废水中的镉，既能够实现农业废弃物的资源化利用，减少农业废弃物产生的污染，又给环境带来了巨大改善；

（2）本发明制备的芒果核活性生物炭的炭化率高，易于与处理完的废水进行固液分离，为去除重金属污染水体提供一种清洁、廉价的方法；

（3）相较于常规热解法制备的生物炭，经过h2o2浸渍活化处理后的芒果核生物炭孔隙结构更发达，有利于对重金属镉的络合。

附图说明

图1为本发明的经活化处理的芒果核活性生物炭的sem图；

图2为未经活化处理的芒果核生物炭的sem图；

图3为本发明的芒果核活性生物炭的傅里叶红外光谱图；

图4为本发明的芒果核活性生物炭在不同投加量下对镉吸附量的图；

图5为本发明的芒果核活性生物炭在不同吸附时间下对镉吸附量的图；

图6为本发明的芒果核活性生物炭在镉的不同初始浓度下对镉吸附量的图；

图7为本发明的芒果核活性生物炭在不同ph下对镉吸附量的图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种芒果核活性生物炭，其通过以下方法制得：（1）将收集的芒果核废弃物用自来水清洗后置于60-65℃烘箱内烘干12h，再用粉碎机（fw80，天津泰斯特仪器有限公司）粉碎并通过50目筛，得到芒果核粉末；（2）接着，将50g芒果核粉末置于1000ml烧杯中，加入625ml的质量百分比浓度为10%的h2o2溶液中，使用超声波发生器（sb-5200dt,宁波新芝生物科技有限公司）超声振荡2h后滤出滤渣，用蒸馏水将滤渣洗至ph为中性，并在60-65℃下烘干至恒重，粉碎并通过50目筛，得到改性芒果核粉末；（3）然后，将改性芒果核粉末置于石英方舟中，再置于管式炉内，开启氮气气氛，然后以10℃/min的升温速度从室温升温至700℃进行炭化2h，炭化结束后，待管式炉内冷却至室温后取出，得到芒果核生物炭；（4）最后用蒸馏水将芒果核生物炭清洗至ph为中性，再过滤并将滤渣于60-80℃下烘干至恒重，粉碎并通过100目筛，得到芒果核活性生物炭1，并干燥保存备用。

对比例1

在上述实施例1中，省略步骤（2），其余与实施例1相同，得到芒果核生物炭2。

使用扫描电子显微镜（sem）（supra55,德国卡尔蔡司股份公司）对经h2o2溶液活化处理后制得的芒果核活性生物炭1和未经h2o2溶液活化处理制得的芒果核生物炭2进行扫描，结果分别如图1、2所示，由图1、2可知，与未活化处理得到的芒果核生物炭2（如图2）相比，经h2o2溶液活化处理后制备的芒果核活性生物炭1（如图1）表面更光滑，孔隙更多，结构特征更明显，从而更有利于镉的吸附。

使用红外分光光度计（is50,赛默飞世尔科技公司）对上述实施例1的芒果核活性生物炭1进行分析，结果如图3所示，由图3可知，傅里叶红外光谱在3200-3700cm^-1、2500-3000cm^-1、1600-1650cm^-1、1300-1540cm^-1、1100cm^-1、800-900cm^-1处出现-oh、-ch2、-cooh、c=o、c-o、c-h等官能团的吸收峰，表明芒果核活性生物炭1表面具有丰富的官能团，有利于对镉的吸附。

实施例2

在4个10ml聚乙烯离心管中分别加入实施例1的芒果核活性生物炭0.005g、0.01g、0.05g、0.1g，然后向各离心管加入5ml浓度为100mg/l的镉溶液，封盖，置于恒温振荡箱中，在30℃下以150r/min振荡8h后进行过滤，使用原子吸收分光光度计（aa-300,美国perkinelmer仪器公司）测定镉浓度，结果如图4所示。

图4为芒果核活性生物炭在不同投加量下对镉吸附量的图，由图4可知，随着活性生物炭投加量的增加，活性生物炭对镉的吸附量降低，这是由于低投加量下，活性生物炭的活性位点被镉占据，投加量增加后，镉不能完全占据活性位点，从而导致吸附量降低。图中，芒果核活性生物炭对镉吸附量最大值为24.35mg/g，表明该芒果核活性生物炭中半纤维素、纤维素和木质素等有机质热解完全，孔隙发达，呈芳香化。在去除含镉废水中的镉时，为了达到较好的吸附效果，而又不造成生物炭的浪费，优选采取2g/l的固液比（即1l镉溶液中分散2g芒果核活性生物炭）作为芒果核活性生物炭的投加量。

实施例3

在10个10ml聚乙烯离心管中分别加入实施例1中的芒果核活性生物炭0.01g，然后向各离心管加入5ml、100mg/l的镉溶液，封盖，置于恒温振荡箱中，在30℃下以150r/min分别振荡0.167h、0.25h、0.5h、1h、2h、4h、8h、12h、24h、48h后进行过滤，使用原子吸收分光光度计测定镉浓度，结果如图5所示。

图5为芒果核活性生物炭在不同吸附时间下对镉吸附量的图，由图5可知，芒果核活性生物炭的吸附时间越长，吸附量越大，在8h时，吸附达到平衡。因此，在去除含镉废水中的镉时，为了节省人力物力，优选采取8h的吸附时间。

实施例4

在10个10ml聚乙烯离心管中分别加入实施例1中的芒果核活性生物炭0.01g，然后向各离心管分别加入5ml镉溶液，镉溶液初始浓度分别为10mg/l、20mg/l、30mg/l、40mg/l、60mg/l、80mg/l、100mg/l、150mg/l、200mg/l、300mg/l，封盖，置于恒温振荡箱中在30℃下，150r/min振荡8h后，过滤，用原子吸收分光光度计测定镉浓度，结果如图6所示。

图6为芒果核活性生物炭在镉的不同初始浓度下对镉吸附量的图，由图6可知，镉的初始浓度越高，生物炭吸附量越大，在100mg/l时，吸附量的上升趋势趋于平缓，因此，在去除含镉废水中的镉时，为了节省人力物力，优选采取100mg/l的镉初始浓度。

实施例5

在7个10ml聚乙烯离心管中分别加入实施例1中的芒果核活性生物炭0.01g，然后向各离心管分别加入5ml浓度为100mg/l的ph值为2、3、4、5、6、7、8的镉溶液，封盖，置于恒温振荡箱中，在30℃下以150r/min振荡8h后进行过滤，使用原子吸收分光光度计测定镉浓度，结果如图7所示。

图7为芒果核活性生物炭在不同ph下对镉吸附量的图，由图7可知，随着ph增大，芒果核活性生物炭对镉的吸附量上升，在ph=6时，吸附量趋于平衡。因此，在去除含镉废水中的镉时，优选选取ph=6。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。