一种改性生物炭微球及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种改性生物炭微球及其制备方法和应用，该改性生物炭微球的制备方法，包括：(1)取再力花粉末，置于可溶性镁盐溶液中浸泡，过滤取出后烘干，得到镁改性的再力花粉末；(2)将所述再力花粉末进行炭化，得到改性生物炭；(3)取所述改性生物炭，以海藻酸钠溶液为包埋剂，CaCl2溶液为交联剂，进行凝胶包埋，包埋后烘干，制得改性生物炭微球。本发明先将再力花粉末进行镁改性，再将改性的再力花粉末作为前驱体进行炭化，最后以海藻酸钠作为包埋剂将改性生物炭制成微球，得到的改性生物炭微球能够有效去除水体中的磷，去除率高，且能够将废弃再力花回收利用，实现废物的资源化利用。
【专利说明】
一种改性生物炭微球及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及水污染控制技术领域，特别涉及一种改性生物炭微球及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着当今社会工农业的迅速发展和人口数量的增加，我国水体富营养化形势变得愈发严峻，根据我国环保部2015年公布的《2014年中国环境状况公报》显示，我国有大约24.59%的湖泊和水库为富营养化水体，水体富营养化问题已经是我国水质型缺水的主要原因，因此如何高效去除水体中的磷显得尤为关键。在众多去除水体磷的方法中，吸附法因其高效、低廉和易于操作以及环境扰动小等优点得到广泛应用，因此选择高效、低廉且无污染的吸附剂就显得十分关键。
[0003]生物炭是一种由废弃生物质在隔氧情况下，经过高温裂解产生的一种稳定富碳的固态物质，具有发达的孔隙结构和高度化学/生物稳定性的特点。近年来，生物炭作为一种吸附材料广泛应用于水体中有机污染物和重金属离子的去除，因为其低廉、高效以及环境友好性而备受关注。
[0004]但是，由于普通生物炭表面的电负性使其在对水体中磷的去除上效果比较差，而且常用的生物炭吸附剂大多为粉末状，难以回收再利用且容易导致二次污染，因此制备一种高效去除水体中磷且可回收的生物碳复合材料显得非常关键。
[0005]申请公布号为CN104998620A的发明专利申请文献公开了一种改性花生壳生物炭/聚合氧化铝污泥复合吸附材料，该材料是由农业固废花生壳和给水厂聚合氧化铝污泥按下述工艺制备而成:花生壳改性、花生壳无氧热解、花生壳生物炭补氧、花生壳生物炭真空酸处理、聚合氧化铝污泥改性、接合磁性氧化镁、制备粘合剂、配制复合吸附材料。该发明制备的复合吸附材料，既有改性生物炭的吸附作用，又具有聚合氧化铝污泥的除磷能力，达到了以废治废的目的，开拓了花生壳和给水污泥资源化利用的新途径。
[0006]再力花作为人工湿地中常用的一种高效脱氮除磷湿地植物在我国种植面积非常广，但是成熟的再力花植株如果不经收割等合理处理，会使其吸收的氮磷重新返回水体造成二次污染。而如今由于缺乏相应的资源化利用技术，收割的再力花多数被就地焚烧或是露天堆弃，造成了很大的资源浪费和环境问题。如果可以利用这些生物质废物制备高效去除水体中磷且可回收的生物碳复合材料，即可实现废物处置无害化与资源化的双赢目标。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种改性生物炭微球及其制备方法和应用，该改性生物炭微球能够有效去除水体中的磷，去除率高，且能够将废弃再力花回收利用，实现废物的资源化利用。
[0008]—种改性生物炭微球的制备方法，包括:
[0009](I)取再力花粉末，置于可溶性镁盐溶液中浸泡，过滤取出粉末后，烘干，得到镁改性的再力花粉末；
[0010](2)将所述再力花粉末进行炭化，得到改性生物炭；
[0011](3)取所述改性生物炭，以海藻酸钠溶液为包埋剂，CaCl2溶液为交联剂，进行凝胶包埋，包埋后烘干，制得改性生物炭微球。
[0012]氯化镁溶液与再力花粉末进行混合后，镁离子附着于再力花粉末的表面以及孔隙内部，在经过炭化过程后，镁离子被固定于生物炭上，并进一步反应生成纳米氧化镁晶体以及部分氢氧化镁，能够与磷酸根发生反应。之后，将改性生物炭制成微球，能够便于生物炭的回收和提高磷的吸附。
[0013]上文所述的再力花粉末是指再力花成熟期地上部茎叶的粉末。作为优选，步骤(I)中，所述可溶性镁盐溶液为MgCl2溶液。
[0014]作为优选，步骤(I)中，所述再力花粉末的粒径为60?100目。
[0015]60-100目的粒径是通过对比不同粒径原材料与溶液中镁离子结合效果优选出的最佳粒径。粒径过大，会使原材料与镁离子的接触表面积变小，从而使原材料与镁离子的有效碰撞几率降低，降低原材料中镁的比重，影响所制备生物炭的镁含量，从而影响生物炭对磷的吸附效率;而粒径减小虽然由于上述原因会增大所制备生物炭的镁含量，但是粒径过小又会使制备生物炭粉末进一步轻质飞灰化，对下一步的颗粒化造成影响；同时过小的粒径会使氧化镁晶体在生物炭制备过程中缺少附着点位容易结晶析出对进一步的磷吸附造成影响。
[0016]作为优选，步骤(I)中，所述浸泡的温度为25?30°C，时间为3?5h。
[0017]温度和时间都会影响原材料与溶液中镁离子结合效果，温度在25?30°C范围内已经可以满足分子扩散的要求，而且不需要太多能耗；时间3?5h已经可以满足结合时间要求，过短则会造成结合镁过少，影响磷吸附效果。
[0018]作为优选，步骤(I)中，可溶性镁盐溶液的浓度为I?2mol/L，可溶性镁盐溶液与再力花粉末的体积质量比为5?10:1。
[0019]可溶性镁盐溶液的浓度以及可溶性镁盐溶液与再力花粉末的体积质量比同样都会影响原材料与溶液中镁离子结合效果，可溶性镁盐溶液的浓度过低或者体积质量比过小，会导致结合镁离子浓度过低，过多则会造成浪费，上述优选条件即为满足要求的最适比例。
[0020]步骤(I)中，烘干温度和时间会影响再力花粉末的含水量，从而进一步影响炭化过程的效率。所述烘干的温度为80?85°C，时间为5?6h。
[0021]作为优选，步骤(2)中，所述炭化的升温速度为5?10°C/min，升温至500?600°C后保温2?3h。
[0022]炭化时间、温度和升温速率作为影响生物炭性质的关键因素，应该依据所制备目标生物炭的用途进行相应优化。生物炭在本试验中的目的为吸附磷酸根，即为无机污染物，所以应该进行中高温制备，因此温度设定为500?600°C，既保证生物炭的比表面积又权衡了生物炭的矿质组分含量，有利于磷酸根的吸附，升温速率与炭化时间则是保证完全炭化和权衡能耗进行的优选。
[0023]实验发现，包埋剂的选择对制得的改性生物炭微球的除磷效果有很大影响，采用海藻酸钠作为包埋剂制得的微球除磷效果最佳。
[0024]作为优选，步骤(3)中，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2?4%，海藻酸钠溶液与改性生物炭的体积质量比为I?5:1。
[0025]海藻酸钠溶液的质量浓度以及海藻酸钠溶液与改性生物炭的体积质量比对最终制备的生物炭微球的外观，强度以及吸附性能有很大影响。
[0026]海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径以及形状，海藻酸钠溶液的质量浓度过低，容易形成凝胶微球，但是形状不规则，而且会有较长尾巴；质量浓度过高，较为粘稠，气泡也难以去除，不易形成凝胶微球。海藻酸钠溶液与改性生物炭的体积质量比过低会使生物炭所占比例过低，影响吸附效果;过高会使生物炭凝胶微球难以成型。
[0027]作为优选，步骤(3)中，所述烘干的温度为60?70°C，时间为3?4h。
[0028]依据凝胶微球的性质，温度过低和时间过短则会造成微球含水率较大，影响吸附效果;温度过高和时间过长则会使微球颗粒变形，孔容积以及孔隙变小，影响磷吸附产物的附着从而影响吸附效果。
[0029]本发明还提供了所述的制备方法制备获得的改性生物炭微球。
[°03°] 上述改性生物炭微的球粒径均一(2.0±0.lmm)，比表面积为21.0?47.0m2/g，孔容为0.007?0.025(^/^，孔径为4.2?6.511111，？!1为8.9?11.7。表面含氧官能团含量丰富，有新的基团-Mg-OH和Mg-O形成，而通过元素分析以及XRD分析表明，有新的晶体Mg(OH)2jMgO和CaCO3等形成。该改性生物炭微球的Mg含量为76?108mg/g，Ca含量为10.0?35.0mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有，不会对水体产生污染，
[0031]本发明还提供了还提供了所述改性生物炭微球在去除水体磷中的应用。
[0032]作为优选，所述的应用，包括:调节含磷水体的PH>3，将所述改性生物炭微球置于含磷水体中进行磷吸附;其中，所述改性生物炭微球的投加量为I?3g/L。
[0033]根据吸附的基本原理，若微球的投加量过低，单位质量微球的吸附量会增加，但是综合吸附去除效率会降低;反之微球的投加量过高，单位质量微球的吸附量会减少，但是综合吸附去除效率会升高。
[0034]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0035](I)本发明先将再力花粉末进行镁改性，再将改性的再力花粉末作为前驱体进行炭化，最后以海藻酸钠作为包埋剂将改性生物炭制成微球，得到的改性生物炭微球能够有效去除水体中的磷，去除率高，且能够将废弃再力花回收利用，实现废物的资源化利用。
[0036](2)本发明改性生物炭微球的制备方法避免了二次污染，成本低廉且环保。
【附图说明】
[0037]图1为实施例与对比例所制备的生物炭吸附材料的扫描电镜图以及能谱图；
[0038]其中，电镜图中，TB为对比例I中制备的生物炭粉末;TB-A为对比例3中制备的生物炭微球;TB-C为对比例4中制备的生物炭微球；TBM为对比例2中制备的改性生物炭粉末；TBM-A为实施例1中制备的改性生物炭微球;TBM-C为对比例5中制备的改性生物炭微球；
[0039]能谱图中，A为对比例I中制备的生物炭粉末;B为对比例3中制备的生物炭微球;C为对比例4中制备的生物炭微球;D为对比例2中制备的改性生物炭粉末;ES实施例1中制备的改性生物炭微球;F为对比例5中制备的改性生物炭微球；
[0040]Element:生物炭所含元素名称;Wt %:生物炭所含元素重量百分比;At %:生物炭所含元素原子数百分含量。[0041 ]图2为实施例与对比例所制备的生物炭吸附材料的红外光谱图；
[0042]TBM-A为实施例1中制备的改性生物炭微球;TB为对比例I中制备的生物炭粉末；TBM为对比例2中制备的改性生物炭粉末;TB-A为对比例3中制备的生物炭微球;TB-C为对比例4中制备的生物炭微球;TBM-C为对比例5中制备的改性生物炭微球。
[0043]图3为实施例与对比例所制备的生物炭吸附材料的X射线衍射光谱图；
[0044]TBM-A为实施例1中制备的改性生物炭微球;TB为对比例I中制备的生物炭粉末；TBM为对比例2中制备的改性生物炭粉末;TB-A为对比例3中制备的生物炭微球;TB-C为对比例4中制备的生物炭微球;TBM-C为对比例5中制备的改性生物炭微球。
【具体实施方式】
[0045]实施例1
[0046]—、改性生物炭微球的制备
[0047]—种改性生物炭微球，其制备方法的具体步骤如下:
[0048](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0049](2)取2g再力花粉末，置于lmol/L的MgCl2溶液中25°C下浸泡12h，过滤粉末，并用去离子水反复冲洗，将冲洗完毕的再力花粉末于85°C烘干6h，得到镁改性的再力花粉末。
[0050](3)将再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为5°C/min，升温至500°C，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到改性生物炭(即镁改性的再力花生物炭)。
[0051 ] (4)取2g改性生物炭加入到20mL质量分数为2%的海藻酸钠溶液中，搅拌30min，充分混合后，将混合液于4°C下用注射器将其缓慢挤入4%的CaCl2溶液中，并将得到的凝胶微球在室温下放置Ih后，去离子水冲洗，再加入CaCl2溶液浸没微球于4°C下交联20h，取出微球，用去离子水进行清洗，于60°C烘干3h，得到改性生物炭微球(即镁改性生物炭-海藻酸钠微球)。
[0052]对上述改性生物炭微球进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该改性生物炭微球的粒径为2.0 ±0.1mm，比表面积为46.19m2/g，孔容为0.0249cc/g，孔径为5.347nm，pH为10.8。该改性生物炭微球的Mg含量为103.2mg/g，Ca含量为22.31mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有，不会对水体产生污染，对环境危害较小，可进一步用于受污染水体中污染物的吸附。
[0053]二、改性生物炭微球的吸附试验(一)
[0054]将上述制得的改性生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0055]取烘干的0.06g改性生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为0.5,1,2,4mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0056]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，改性生物炭微球对磷的去除效率为98.1%?99.6%。
[0057]三、改性生物炭微球的吸附试验(二)
[0058]将上述制得的改性生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0059]取烘干的0.06g改性生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0060]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，改性生物炭微球对磷的去除效率为96.7%?98.3%。
[0061 ]四、改性生物炭微球的吸附试验(三)
[0062]将上述制得的改性生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0063]取烘干的0.06g改性生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为20,30,40,50mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0064]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，改性生物炭微球对磷的去除效率为96.1%?97.8%。
[0065]由上述吸附试验可知，本实施例制得的改性生物炭微球对不同磷浓度水体中磷的去除效率均较高。
[0066]实施例2
[0067]一、改性生物炭微球的制备
[0068]—种改性生物炭微球，其制备方法的具体步骤如下:
[0069](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0070](2)取2g再力花粉末，置于lmol/L的MgCl2溶液中25°C下浸泡12h，过滤粉末，并用去离子水反复冲洗，将冲洗完毕的再力花粉末于85°C烘干6h，得到镁改性的再力花粉末。
[0071](3)将再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为10°C/min，升温至600°C，保温3h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到改性生物炭(即镁改性的再力花生物炭)。
[0072](4)取2g改性生物炭加入到40mL质量分数为4%的海藻酸钠溶液中，搅拌30min，充分混合后，将混合液于4°C下用注射器将其缓慢挤入4%的CaCl2溶液中，并将得到的凝胶微球在室温下放置Ih后，去离子水冲洗，再加入CaCl2溶液浸没微球于4°C下交联20h，取出微球，用去离子水进行清洗，于60°C烘干3h，得到改性生物炭微球(即镁改性生物炭-海藻酸钠微球)。
[0073]对上述改性生物炭微球进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该生物炭比表面积为28.611112/8，孔容为0.0176(^/8，孔径为5.128醒，？!1为9.44。该生物炭粉末的1^含量为94.2mg/g，Ca含量为17.3mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0074]二、改性生物炭微球的吸附试验
[0075]将上述制得的改性生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0076]取烘干的0.06g改性生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0077]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，改性生物炭微球对磷的去除效率为82.4?87.1%。
[0078]对比例I
[0079]本对比例仅制备生物炭粉末，并将该生物炭粉末直接用于水体磷的吸附。
[0080]一、生物炭粉末的制备[0081 ]具体制备方法如下:
[0082](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0083](2)将再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，升温速率为5°C/min，升温至500V，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到生物炭粉末。
[0084]对上述生物炭粉末进行电镜扫描和结构分析，如图1所示。该生物炭比表面积为5.684m2/g，孔容为0.0079cc/g，孔径为7.215nm，pH为9.55。该生物炭粉末的Mg含量为0.72mg/g，Ca含量为3.91mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0085]二、生物炭粉末的吸附试验
[0086]将上述制得的生物炭粉末进行吸附试验，试验步骤如下:
[0087]取烘干的0.06g生物炭粉末于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5 ,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0088]经分析，得到磷的平衡浓度；换算得知，生物炭粉末对磷的去除效率仅为2.8?5.3%。
[0089]对比例2
[0090]本对比例仅制备经镁改性的再力花生物炭粉末，不进行微球的制备，并将改性的生物炭粉末直接用于水体磷的吸附。
[0091]—、改性生物炭粉末的制备
[0092]具体制备方法如下:
[0093](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0094](2)取2g再力花粉末，置于lmol/L的MgCl2溶液中25°C下浸泡12h，过滤粉末，并用去离子水反复冲洗，将冲洗完毕的再力花粉末于85°C烘干6h，得到镁改性的再力花粉末。
[0095](3)将所述改性再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为5°C/min，升温至500°C，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到改性生物炭粉末(即镁改性的再力花生物炭)。
[0096]对上述改性生物炭粉末进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该生物炭比表面积为116.21112/^，孔容为0.0212(^/^，孔径为2.007醒，？!1为10.89。该生物炭粉末的1%含量为165.7mg/g，Ca含量为6.40mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0097]二、改性生物炭粉末的吸附试验
[0098]将上述制得的改性生物炭粉末进行吸附试验，试验步骤如下:取烘干的0.06g改性生物炭粉末于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0099]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，改性生物炭粉末对磷的去除效率为76.7-82.9%。
[0100]对比例3
[0101]本对比例与实施例1相比，除再力花粉末不进行镁改性外，其余过程基本相同。
[0102]一、生物炭微球的制备
[0103]具体制备方法如下:
[0104](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0105](2)将所述再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为5°C/min，升温至500°C，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到生物炭粉末。
[0106](3)取2g生物炭粉末加入到20mL质量分数为2%的海藻酸钠溶液中，搅拌30min，充分混合后，将混合液于4°C下用注射器将其缓慢挤入4%的CaCl2溶液中，并将得到的凝胶微球在室温下放置Ih后，去离子水冲洗，再加入CaCl2溶液浸没微球于4°C下交联20h，取出微球，用去离子水进行清洗，于60°C烘干3h，得到生物炭微球(即生物炭-海藻酸钠微球)。
[0107]对上述生物炭微球进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该生物炭比表面积为3.995m2/g，孔容为0.0068cc/g，孔径为5.214nm，pH为7.95。该生物炭粉末的Mg含量为0.74mg/g，Ca含量为20.94mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0108]二、生物炭微球的吸附试验
[0109]将上述制得的生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:取烘干的0.06g生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5，8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0110]经分析，得到磷的平衡浓度；换算得知，生物炭微球对磷的去除效率为12.1-14.6%。
[0111]对比例4
[0112]本对比例中，再力花粉末未进行镁改性，并且将包埋剂替换成壳聚糖，其余内容与实施例基本相同。
[0113]一、生物炭微球的制备
[0114]具体制备方法如下:
[0115](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0116](2)将所述再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为5°C/min，升温至500°C，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到花生物炭粉末。
[0117](3)取2g生物炭加入到30mL质量分数为2%的壳聚糖溶液中，搅拌30min，充分混合后，将混合液用注射器将其缓慢挤入3%的NaOH溶液中，并将得到的凝胶微球在室温下静置过夜，取出微球，用去离子水进行清洗，于60°C烘干3h，得到生物炭微球(即生物炭-壳聚糖微球)。
[0118]对上述生物炭微球进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该生物炭比表面积为2.3931112/8，孔容为0.0055(^/8，孔径为6.07511111，？!1为10.14。该生物炭粉末的1^含量为
0.61mg/g，Ca含量为3.94mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0119]二、生物炭微球的吸附试验
[0120]将上述制得的生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0?21 ] 取烘干的0.06g生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5 ,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0122]经分析，得到磷的平衡浓度;换算得知，生物炭微球对磷的去除效率低于5%。
[0123]对比例5
[0124]本对比例中，将包埋剂替换成壳聚糖，其余内容与实施例基本相同。
[0125]一、改性生物炭微球的制备
[0126]具体制备方法如下:
[0127](I)将收割清洗后的再力花成熟期地上部茎叶，置于通风环境下自然风干一周后，切碎、磨成粉末，过60目筛，于85 °C下烘干2h，得到再力花粉末。
[0128](2)取2g再力花粉末，置于lmol/L的MgCl2溶液中25°C下浸泡12h，过滤粉末，并用去离子水反复冲洗，将冲洗完毕的再力花粉末于85°C烘干6h，得到镁改性的再力花粉末。
[0129](3)将所述再力花粉末放入炭化炉中，通入氮气，进行炭化，升温速率为5°C/min，升温至500°C，保温2h，冷却到室温后取出，过100目筛后，得到改性再力花生物炭粉末。
[0130](4)取2g改性生物炭加入到30mL质量分数为2%的壳聚糖溶液中，搅拌30min，充分混合后，将混合液用注射器将其缓慢挤入3%的NaOH溶液中，并将得到的凝胶微球在室温下静置过夜，取出微球，用去离子水进行清洗，于60°C烘干3h，得到改性生物炭微球(即生物炭-壳聚糖微球)。
[0131]对上述改性生物炭微球进行电镜扫描和结构分析，如图1所示，该生物炭比表面积为14.721112/8，孔容为0.0127(^/8，孔径为4.260醒，？!1为10.42。该生物炭粉末的1%含量为74.83mg/g，Ca含量为4.26mg/g，而Cd，Pb等重金属含量几乎没有。
[0132]二、改性生物炭微球的吸附试验
[0133]将上述制得的改性生物炭微球进行吸附试验，试验步骤如下:
[0134]取烘干的0.06g生物炭微球于10mL锥形瓶中，分别向不同锥形瓶中加入30mL不同浓度的KH2PO4溶液，浓度梯度为5 ,8,12,18mg/L，设置三个重复，然后将锥形瓶封口置于160r/min的恒温摇床上28°C振荡24h，最后经滤膜过滤移取上清液，消解后，利用IC测定平衡液中剩余磷浓度，对其吸附量进行分析计算。
[0135]经分析，得到磷的平衡浓度；换算得知，生物炭微球对磷的去除效率为26.3?54.1%。
【主权项】
1.一种改性生物炭微球的制备方法，其特征在于，包括: (1)取再力花粉末，置于可溶性镁盐溶液中浸泡，过滤取出后烘干，得到镁改性的再力花粉末； (2)将所述再力花粉末进行炭化，得到改性生物炭； (3)取所述改性生物炭，以海藻酸钠溶液为包埋剂，CaCl2溶液为交联剂，进行凝胶包埋，包埋后烘干，制得改性生物炭微球。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述再力花粉末的粒径为60?100目。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述浸泡的温度为25?30°C，时间为3?5h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，可溶性镁盐溶液的浓度为I?2mol/L，可溶性镁盐溶液与再力花粉末的体积质量比为5?10:1。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述炭化的升温速度为5?10°C/min，升温至500?600°C后保温2?3h。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2?4%，海藻酸钠溶液与改性生物炭的体积质量比为I?5:1。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烘干的温度为60?70°C，时间为3?4h。8.如权利要求1?7任一所述的制备方法制备获得的改性生物炭微球。9.如权利要求8所述的改性生物炭微球在去除水体磷中的应用。10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，包括:调节含磷水体的pH>3，将所述改性生物炭微球置于含磷水体中进行磷吸附;其中，所述改性生物炭微球的投加量为I?3g/L。
【文档编号】C02F101/10GK105854805SQ201610377835
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】崔孝强, 杨肖娥, 姚义强, 方思雨, 戴曦, 吴飞飞
【申请人】浙江大学