一种砂藓生物炭吸附剂的制备方法

1.本发明属于环境污染处理及污水净化技术领域，更具体地说，本发明涉及一种砂藓生物炭吸附剂的制备方法。


背景技术：

2.近年来高纤维素、木质素的生物质材料被广泛应用于制备生物炭并应用在处理水源污染中。锶(sr)作为具有一定代表性的新型环境污染物，其持久性、生物有效性以及毒性对人类有巨大的威胁。使用生物炭吸附剂来解决这一问题是成本低廉、效果显著的渠道之一。日益严重的环境污染如全球多个地区面临着严重的水资源匮乏问题，高速发展的核能产业与不完善的生产管理制度是原因之一。sr作为较新型的工业元素，随着核能与合金产业的发展也逐渐进入人们的视野。sr对生物体的危害主要体现在和ca形成竞位关系(anna burger，irenelichtscheidl，2019)从而损伤器官，环境中过量累积的s r对植物有显著毒性，抑制根系生长以及褪绿作用(takeshi nagata，2019)。
3.吸附剂是目前公认的净化水资源的最有效方法之一，生物炭是一种环境友好的净化废水、空气以及可作为催化剂载体的吸附剂(arefalshameri,et al， 2018)，其包含了丰富的孔结构，包括微孔、介孔以及大孔，其中孔径小于2 nm的称为微孔；孔径大于50nm的称为大孔；孔径在2-50nm的称为介孔，并且表面分布着丰富的官能团，因而对不同类型污染物都有理想的吸附、保留作用(oliveira fernanda r,et al，2017)。生物炭通常由生物质在惰性气体氛围下缓慢热解，随着纤维素的降解、脱水脱脂、芳香化产生物理化学变化最终得到(subrattiafraz,et al，2021)。相较于活性炭，生物炭不需要复杂的活化流程从而节省活化剂原料、减轻制备过程中对环境带来的污染与昂贵的成本，是更符合可持续发展理念的材料。
4.苔藓是地表最丰富的物种之一，覆盖面积达到了3％，因为苔藓细胞的特殊结构，苔藓拥有极高的保水能力，能够承受长期干旱的环境甚至在极端环境下扩繁(kenji yoshikawa，pier pauloverduin，jennifer w.harden，2004；p a damo,et al，2003)。由于其较好的形态生理和环境适应性，苔藓被广泛应用于大气微量金属污染监测中。相较于其他生物质，苔藓拥有高水平的糖成分、纤维素、木质素、碳水化合物以及氨基酸，这些在热解后都有助于形成较好的碳结构，对木质纤维素材料的开发应用有益于解决传统污水治理方法中高昂的成本、应用条件苛刻、易产生二次环境污染等问题(j.g.llaurado，2011；quangvietly,et al，2019)。在苔藓生物质的应用研究中较常见的是泥潭藓，其在污水治理、电化学研究中都获得了不错的评价，但是对其他藓种的研究较为匮乏。苔藓这种几乎不会匮竭的资源，加强并推广对苔藓物种的研究与应用是势在必得的。而采取传统热解方法对砂藓进行处理，将有利于我们根据实际结果来优化最终制备的工艺。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优
点。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种砂藓生物炭吸附剂的制备方法，包括：
7.制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为 400～1000℃，加热时间为60～120min。
8.优选的是，其中，还包括以下步骤：
9.步骤一、制备多糖包覆的纳米fe3o4粉末，并以tio2粉末作为惨杂剂，将tio2粉末掺入多糖包覆的纳米fe3o4粉末，得到fe3o
4-tio2混合粉末；其中，tio2粉末与纳米fe3o4粉末的质量比为1∶10～40，多糖与纳米fe3o4粉末的质量比为1∶50；
10.步骤二、将fe3o
4-tio2混合粉末加入硅烷偶联剂溶液中，反应得到硅烷偶联剂改性的fe3o
4-tio2混合浆液；
11.步骤三、将步骤三制得的硅烷偶联剂改性的fe3o
4-tio2混合浆液喷洒在砂藓生物炭表面，水洗，干燥，并在氮气氛围下进行活化，活化时间为1～3h，制备得到砂藓生物炭吸附剂。
12.优选的是，其中，所述步骤一的多糖包覆的纳米fe3o4粉末的制备方法包括以下步骤：
13.步骤s21、按重量份，称取10～40份纳米fe3o4粉末，用质量分数为8％的明胶溶液对纳米fe3o4粉末进行润湿，得到明胶润湿的纳米fe3o4粉末，明胶溶液与纳米fe3o4粉末的质量比为1∶23～27；
14.步骤s22、使用钛酸四乙酯对多糖进行酯化，具体方法为：将钛酸四乙酯溶解于乙醚中，得到钛酸四乙酯溶液，将多糖溶解于冰醋酸溶液，然后将溶解有多糖的冰醋酸溶液与钛酸四乙酯溶液混合，搅拌反应20～45min，得到酯化的多糖溶液；
15.步骤s23、对酯化的多糖溶液蒸发浓缩，使含水量降至20％，将蒸发后的多糖包覆在明胶润湿的纳米fe3o4粉末表面，烘干后得到多糖包覆的纳米 fe3o4粉末。
16.优选的是，其中，所述步骤二将fe3o
4-tio2混合粉末加入硅烷偶联剂溶液中后，超声分散1～2h，超声频率为40khz，加热至70～80℃后保温30min，得到硅烷偶联剂改性的fe3o
4-tio2混合浆液。
17.优选的是，其中，所述多糖为葡聚糖、纤维素、壳聚糖或阿拉伯胶中的一种。
18.优选的是，其中，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、二苯基甲基硅烷或甲基二氯硅烷中的一种；硅烷偶联剂溶液中，硅烷偶联剂与去离子水的质量比为1∶103～115；fe3o
4-tio2混合粉末与硅烷偶联剂溶液的质量比为 2∶35～40。
19.优选的是，其中，所述钛酸四乙酯溶液的质量分数为30～36％，多糖与冰醋酸溶液的质量比为1∶110，冰醋酸溶液的质量分数为60～80％。
20.优选的是，其中，所述fe3o
4-tio2混合浆液与砂藓生物炭的质量比为1∶ 45～75。
21.优选的是，其中，所述步骤三在氮气氛围下进行活化的方法包括：将喷洒有fe3o
4-tio2混合浆液的砂藓生物炭放入真空密闭容器中，真空度为1.27
ꢀ×
10-7
pa以下，向真空密闭容器内通入氮气，同时加热真空密闭容器至 300～500℃，加热时间为20min，并保温1～
3h。
22.优选的是，其中，所述砂藓生物炭吸附剂吸附锶的测定方法包括：将srcl2溶解于去离子水中，制备得到1000mg/l浓度的sr储备液；使用前将工作液在使用0.1mol/l的hno3调整ph 2.0
±
0.1，动力学试验方案为将0.1g砂藓生物炭吸附剂投放入250ml 500mg/l工作液中，分别在5、10、20、40、60、90、120、150、180、360、720、1440、2880分钟取样测定溶液浓度；等温试验中，将0.1g生物炭投入100ml工作液中，吸附进行24h；所有吸附均在恒温摇床中进行，恒温温度为25℃，摇床转速为120rpm，使用0.45um微孔滤膜以及一次性注射器过滤得到滤液，并使用0.1mol/l的hno3对滤液进行稀释；用原子吸收光谱仪乙炔-火焰法对稀释后样液中的sr进行测定，t时间的生物炭吸附量q
t
由2式计算：
[0023][0024]
式中，c0为工作液初始浓度，c
t
为t时刻工作液的浓度，v为吸附过程中工作液体积，w为砂藓生物炭吸附剂的投放量。
[0025]
本发明至少包括以下有益效果：本发明制备出的砂藓生物炭吸附剂，具有显著的表面孔隙结构和表面基团，介孔率高，大幅提升了对锶的吸附能力，为解决锶污染提供了重要的借鉴材料。
[0026]
高温热解得到的砂藓炭因残留的挥发成性成分被释放出来，同时高温也使材料表面毛孔得到较好的发育，在这个条件下得到的砂藓生物炭吸附剂，由于具有蜂窝结构，为污染物的吸附和保留提供了空间。高温热解得到的砂藓生物炭吸附剂，其表面具有密集的中孔(介孔)结构，中孔在吸附反应中有着重要的作用，偏小的中孔可以作为电荷吸收结合位点，而离子运输通道通常是通过较大的中孔进行的，也就是说，中孔的分布以及数量对吸附反应是具有重要作用的。砂藓粉末是偏中性的，高温炭化后得到的生物炭是碱性的，可能是高温碳化后表面羟基类含氧官能团的减少，并伴随着碱盐例如碳酸盐、硝酸盐在表面的积累。相较于生物质，生物炭的ec显著增加，而悬液的导电性能取决于液体中的盐浓度，生物质的灰分含量比生物质高，而灰分含量较高的生物炭具有更高的盐含量，所以产生了更高的导电性。可交换阳离子含量的增加更有利于有机物的吸附保留。生物质经过高温炭化后的比表面积得到了显著增加，这是炭化引起的化学反应的结果，可以解释为在炭化过程中挥发性成分的去除在材料表面形成了气孔，以及焦油产物的凝聚度降低，经过高温炭化，芳香结构中酚醛-oh、芳香族co-和脂肪烷基等核心基团被去除。碳前体较低的bet比表面积、孔容积说明了初始材料具有较密闭的胞室。高温热解为生物质形成了较高的比表面积，这是非常有利于吸附的进行。同时，高温碳化过程加剧了石墨炭的形成，提高了石墨碳在功能碳中的总含量比例，石墨碳本身具备疏水性，碳化后石墨碳比例的升高也提高了砂藓生物炭吸附剂的疏水性，并且石墨结构可以促进有机分子在吸附过程中形成π-π键，这有利于化学吸附过程。经过碳化后，生物质中的奎宁羰基氧原子相对含量降低了许多，而表面的功能性含氧官能团相对含量增加，这同样增强了砂藓生物炭吸附剂在吸附行为中的化学吸附能力。
[0027]
将多糖包覆的纳米fe3o4粉末配置成浆液并喷砂在砂藓生物炭表面，进一步提高了砂藓室外生物炭吸附剂的吸附能力；纳米fe3o4粉末表面同样具有密集的中孔，而多糖的包覆和缩聚过程能够精确调控纳米fe3o4粉末的中孔密集程度，并且降低了纳米fe3o4粉末的
团聚性，多糖经过钛酸四乙酯的酯化，降低了多糖表面羟基团的数量，即使得多糖由亲水性变为了亲水性，提高了在废水中对锶的吸附能力。而在用多糖对纳米fe3o4粉末进行包覆前，先使用明胶溶液对纳米fe3o4粉末进行润湿，提高了纳米fe3o4粉末与多糖的结合能力，确保了在后续活化烘干过程中纳米fe3o4粉末与多糖不会发生分离。硅烷偶联剂提高了将tio2粉末与纳米fe3o4粉末混合的均匀性，同时tio2粉末也具有极高的介孔率和极强的吸附能力，与纳米fe3o4粉末混合后提高了砂藓生物炭吸附剂的吸附能力。
[0028]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0029]
图1所示为实施例1～12制得的砂藓生物炭吸附剂对锶的吸附能力对比图；
[0030]
图2为400℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像；
[0031]
图3为600℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像；
[0032]
图4为800℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像；
[0033]
图5为1000℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像；
[0034]
图6为1000℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像；
[0035]
图7为砂藓蛇生物炭吸附剂对sr的吸附动力学的准一级和准二级动力学曲线拟合；
[0036]
图8为吸附前，砂藓生物炭吸附剂表面电镜扫描图；
[0037]
图9为吸附后，砂藓生物炭吸附剂表面电镜扫描图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0039]
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0040]
实施例1
[0041]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为400℃，加热时间为60min。
[0042]
实施例2
[0043]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为400℃，加热时间为90min。
[0044]
实施例3
[0045]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂
藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为400℃，加热时间为120min。
[0046]
实施例4
[0047]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为600℃，加热时间为60min。
[0048]
实施例5
[0049]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为600℃，加热时间为90min。
[0050]
实施例6
[0051]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为600℃，加热时间为120min。
[0052]
实施例7
[0053]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为800℃，加热时间为60min。
[0054]
实施例8
[0055]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为800℃，加热时间为90min。
[0056]
实施例9
[0057]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为800℃，加热时间为120min。
[0058]
实施例10
[0059]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为 1000℃，加热时间为60min。
[0060]
实施例11
[0061]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将
砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为 1000℃，加热时间为90min。
[0062]
实施例12
[0063]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭吸附剂，其中恒温加热温度为 1000℃，加热时间为120min。
[0064]
实施例13
[0065]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭，其中恒温加热温度为1000℃，加热时间为90min。
[0066]
制备纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，具体包括以下步骤：
[0067]
步骤s21、按重量份，称取10g纳米fe3o4粉末，用质量分数为8％的明胶溶液对纳米fe3o4粉末进行润湿，得到明胶润湿的纳米fe3o4粉末，明胶溶液的用量为0.4g；
[0068]
步骤s22、使用钛酸四乙酯对纤维素进行酯化，具体方法为：将钛酸四乙酯溶解于乙醚中，得到钛酸四乙酯溶液，将纤维素溶解于冰醋酸溶液，然后将溶解有纤维素的冰醋酸溶液与钛酸四乙酯溶液混合，搅拌反应20min，得到酯化的纤维素溶液；其中，钛酸四乙酯溶液的质量分数为30％，纤维素与冰醋酸溶液的质量比为1∶110，冰醋酸溶液的质量分数为60％；
[0069]
步骤s23、对酯化的纤维素溶液蒸发浓缩，使含水量降至20％，将蒸发后的纤维素包覆在明胶润湿的纳米fe3o4粉末表面，烘干后得到纤维素包覆的纳米fe3o4粉末；其中，纤维素用量为0.2g；
[0070]
以tio2粉末作为惨杂剂，将tio2粉末掺入纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，得到fe3o
4-tio2混合粉末；其中，tio2粉末用量为1g；
[0071]
将fe3o
4-tio2混合粉末加入甲基三甲氧基硅烷溶液中，超声分散1h，超声频率为40khz，加热至70℃后保温30min，反应得到甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液；其中，甲基三甲氧基硅烷与去离子水的质量比为 1∶103；fe3o
4-tio2混合粉末与甲基三甲氧基硅烷溶液的质量比为2∶35；
[0072]
称取1g制得的甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液喷洒在砂藓生物炭表面，水洗，干燥，并在氮气氛围下进行活化，活化时间为1h，活化的具体方法包括：
[0073]
将喷洒有fe3o
4-tio2混合浆液的砂藓生物炭放入真空密闭容器中，真空度为1.27
×
10-7
pa以下，向真空密闭容器内通入氮气，同时加热真空密闭容器至300～500℃，加热时间为20min，并保温1h。
[0074]
由此，便制备得到砂藓生物炭吸附剂。
[0075]
实施例14
[0076]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在120ml容量的方舟中填入5g砂
藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭，其中恒温加热温度为1000℃，加热时间为90min。
[0077]
制备纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，具体包括以下步骤：
[0078]
步骤s21、按重量份，称取20g纳米fe3o4粉末，用质量分数为8％的明胶溶液对纳米fe3o4粉末进行润湿，得到明胶润湿的纳米fe3o4粉末，明胶溶液用量为0.8g；
[0079]
步骤s22、使用钛酸四乙酯对纤维素进行酯化，具体方法为：将钛酸四乙酯溶解于乙醚中，得到钛酸四乙酯溶液，将纤维素溶解于冰醋酸溶液，然后将溶解有纤维素的冰醋酸溶液与钛酸四乙酯溶液混合，搅拌反应30min，得到酯化的纤维素溶液；其中，钛酸四乙酯溶液的质量分数为33％，纤维素与冰醋酸溶液的质量比为1∶110，冰醋酸溶液的质量分数为65％；
[0080]
步骤s23、对酯化的纤维素溶液蒸发浓缩，使含水量降至20％，将蒸发后的纤维素包覆在明胶润湿的纳米fe3o4粉末表面，烘干后得到纤维素包覆的纳米fe3o4粉末；其中，纤维素用量为0.4g；
[0081]
以tio2粉末作为惨杂剂，将tio2粉末掺入纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，得到fe3o
4-tio2混合粉末；其中，tio2粉末用量为1g；
[0082]
将fe3o
4-tio2混合粉末加入甲基三甲氧基硅烷溶液中，超声分散1.5h，超声频率为40khz，加热至75℃后保温30min，反应得到甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液；其中，甲基三甲氧基硅烷与去离子水的质量比为1∶110；fe3o
4-tio2混合粉末与甲基三甲氧基硅烷溶液的质量比为2∶38；
[0083]
称取1g甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液喷洒在砂藓生物炭表面，水洗，干燥，并在氮气氛围下进行活化，活化时间为2h，活化的具体方法包括：
[0084]
将喷洒有fe3o
4-tio2混合浆液的砂藓生物炭放入真空密闭容器中，真空度为1.27
×
10-7
pa以下，向真空密闭容器内通入氮气，同时加热真空密闭容器至300～500℃，加热时间为20min，并保温1h。
[0085]
由此，便制备得到砂藓生物炭吸附剂。
[0086]
实施例15
[0087]
制备砂藓生物炭，具体方法包括：使用去离子水洗净以去除砂藓的灰尘及杂质，将砂藓在105℃温度下烘干6h，粉碎并使用0.45mm筛网过滤；在 120ml容量的方舟中填入5g砂藓，装入管式炉中，在60cm3/min持续的氮气流量条件恒温加热，制备得到砂藓生物炭，其中恒温加热温度为1000℃，加热时间为90min。
[0088]
制备纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，具体包括以下步骤：
[0089]
步骤s21、按重量份，称取40g纳米fe3o4粉末，用质量分数为8％的明胶溶液对纳米fe3o4粉末进行润湿，得到明胶润湿的纳米fe3o4粉末，明胶溶液用量为1.6g；
[0090]
步骤s22、使用钛酸四乙酯对纤维素进行酯化，具体方法为：将钛酸四乙酯溶解于乙醚中，得到钛酸四乙酯溶液，将纤维素溶解于冰醋酸溶液，然后将溶解有纤维素的冰醋酸溶液与钛酸四乙酯溶液混合，搅拌反应45min，得到酯化的纤维素溶液；其中，钛酸四乙酯溶液的质量分数为36％，纤维素与冰醋酸溶液的质量比为1∶110，冰醋酸溶液的质量分数为80％；
[0091]
步骤s23、对酯化的纤维素溶液蒸发浓缩，使含水量降至20％，将蒸发后的纤维素
包覆在明胶润湿的纳米fe3o4粉末表面，烘干后得到纤维素包覆的纳米fe3o4粉末；其中，纤维素用量为0.8g；
[0092]
以tio2粉末作为惨杂剂，将tio2粉末掺入纤维素包覆的纳米fe3o4粉末，得到fe3o
4-tio2混合粉末；其中，tio2粉末用量为1g；
[0093]
将fe3o
4-tio2混合粉末加入甲基三甲氧基硅烷溶液中，超声分散2h，超声频率为40khz，加热至80℃后保温30min，反应得到甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液；其中，甲基三甲氧基硅烷与去离子水的质量比为 1∶115；fe3o
4-tio2混合粉末与甲基三甲氧基硅烷溶液的质量比为2∶40；
[0094]
称取1g制得的甲基三甲氧基硅烷改性的fe3o
4-tio2混合浆液喷洒在砂藓生物炭表面，水洗，干燥，并在氮气氛围下进行活化，活化时间为3h，活化具体方法包括：将喷洒有fe3o
4-tio2混合浆液的砂藓生物炭放入真空密闭容器中，真空度为1.27
×
10-7
pa以下，向真空密闭容器内通入氮气，同时加热真空密闭容器至300～500℃，加热时间为20min，并保温3h。
[0095]
由此，便制备得到砂藓生物炭吸附剂。
[0096]
使用以下方法分别测定实施例1～15制得的砂藓生物炭吸附剂对锶的吸附能力：将srcl2溶解于去离子水中，制备得到1000mg/l浓度的sr储备液；使用前将工作液在使用0.1mol/l的hno3调整ph 2.0
±
0.1，动力学试验方案为将0.1g砂藓生物炭吸附剂投放入250ml 500mg/l工作液中，分别在5、10、20、40、60、90、120、150、180、360、720、1440、2880分钟取样测定溶液浓度；等温试验中，将0.1g生物炭投入100ml工作液中，吸附进行24h；所有吸附均在恒温摇床中进行，恒温温度为25℃，摇床转速为120rpm，使用 0.45um微孔滤膜以及一次性注射器过滤得到滤液，并使用0.1mol/l的hno3对滤液进行稀释；用原子吸收光谱仪乙炔-火焰法对稀释后样液中的sr进行测定，t时间的生物炭吸附量q
t
由2式计算：
[0097][0098]
式中，c0为工作液初始浓度，c
t
为t时刻工作液的浓度，v为吸附过程中工作液体积，w为砂藓生物炭吸附剂的投放量。
[0099]
图1所示为实施例1～12制得的砂藓生物炭吸附剂对锶的吸附能力对比图，从图3可以看出，1000℃的高温加热和90min的保温制得的砂藓生物炭吸附剂机油极高的吸附性能。图2～图4所示，分别为400℃、600℃和800℃恒温加热温度制得的砂藓炭生物炭吸附剂的表面扫描电镜图像，图5和图6 分别是1000℃恒温加热制得的砂藓生物炭吸附剂表面电镜臊面图像。从图5 和图6可以看出，1000℃高温制得的砂藓生物炭吸附剂表面具有密集的中孔结构，因此具有更加优异的吸附能力。图7为砂藓蛇生物炭吸附剂对sr的吸附动力学的准一级和准二级动力学曲线拟合，吸附在12h达到基本稳定，且砂藓碳对sr的吸附在240min之前有较高的效率。砂藓碳对锶溶液的吸附模型更接近准二级动力学模型，如表1所示，r2＞0.93，说明该材料存在较多饱和位点，表达了多重吸附机理的复合效应，吸附类型更偏向于化学吸附而不是物理吸附。在吸附sr之前，砂藓生物炭的表面光滑且表面结构的孔隙分布明显，如图8所示。在经过对锶溶液吸附后，材料表面结构有明显填补现象，且材料表面呈现出薄膜覆盖的现象，如图9所示，吸附后的材料表面的较小孔隙有填充的现象，吸附sr的生物炭的材料表面都比较致密且光滑。
[0100]
表1 sr在砂藓生物炭吸附剂上吸附的一阶和二阶动力学参数
[0101][0102][0103]
其中，试验数据的显著性均采用软件spss(26.0)中单因素方差 (one-anova)分析和统计，红外数据使用omnic软件进行分析，所有数据均为三次试验重复得到的均值以及标准差。图表采用excel(2019)以及 origin(2019b)绘制。
[0104]
动力学数据采用lagergren伪一级动力学模型以及伪二级动力学模型进行拟合，
[0105][0106][0107]
其中，qe是吸附平衡时生物炭吸附剂上的吸附量(mg/g)，q
t
是t时刻生物炭吸附剂上的吸附量(mg/g)，k1和k2分别是一级和二级动力学的速率常数。
[0108]
等温吸附模型采用langmuir以及freundlich两种模型进行拟合，
[0109][0110][0111]
其中，ce是平衡时溶液中的sr的浓度，在langmuir等温模型中，溶质与吸附剂的亲和度相关系数为kl，q
max
为最大吸附量(mg/g)；根据freundlich 等温模型以及吸附强度测定下，kf为预测吸附容量。
[0112]
将实施例11、实施例13、实施例14和实施例15制得的砂藓生物炭吸附剂对锶的吸附能力与现有材料进行对比，对比结果见表2：
[0113]
表2本发明制得的砂藓生物炭吸附剂和现有材料对锶的最大吸附能力对比
[0114]
[0115][0116]
结果表明，本发明的方法制得的砂藓生物炭吸附剂，在室温(25℃)下，对 sr的最大吸附量达到225mg/g以上，经过多糖包覆的fe3o
4-tio2混合浆液喷洒处理的砂藓生物炭吸附剂对锶的吸附能力甚至可达247.1mg/g，明显优于现有的吸附材料。
[0117]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0118]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。