一种中药渣基生物炭及其制备方法和应用与流程

本发明涉及固废处理，尤其涉及一种中药渣基生物炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、赤泥是一类产量巨大的固体废弃物，主要产生于采用苛性钠提炼铝土矿中氧化铝的过程中，根据其产生方式可以大致分为烧结法赤泥和拜耳法赤泥。为了处理赤泥以及控制其环境污染，常将这一工业废弃物用于替代建材、金属回收等领域，但是这些方法能够利用的赤泥相对赤泥总量而言较少，更多的赤泥聚集堆放。赤泥本身含有大量的矿物质元素(以fe和al为主)和较强的碱性(ph约为11)，因此，赤泥的聚集堆放容易造成处置存放场所的土壤、地下水、地表水的污染。

2、生物炭是一种环保经济的新型碳材料，通常使用农业废弃物，如秸秆、稻壳、椰壳、城市污泥等固体废弃物制成；具有微孔结构丰富、比表面积大的独特的结构及吸附能力强等理化性质，被广泛应用于吸附、土壤修复、催化等多个领域。并且，不同的原料具有不同的元素组成及比例，因此制备得到的生物炭也会表现出不同的性能。在生物炭制备中，为了更好的适应在环境中的应用需求，往往需要对生物炭进行后处理。目前最常用的后处理方法是在生物质炭化完成后，常使用较高浓度的酸碱或氧化剂溶液浸渍，达到增加生物炭的孔隙率和比表面积的目的；但是酸碱和氧化剂会对环境和健康带来较大负面影响。

3、中国专利cn116474720a提出了将秸秆-赤泥混合粉末与生物质灰共热解制备成一种赤泥增强磁性秸秆生物炭材料，应用于氟喹诺酮类抗生素废水，展示了使用赤泥制作磁性吸附剂的可能性。中国专利cn116654928a公布了一种将中性赤泥浆液与废塑料瓶碳材料混合物活化得到的多孔碳材料。中国专利cn106362685a也公布了一种赤泥和生物质共热解产物去除水体砷的方法。中国专利cn113522238a介绍了一种赤泥基铁-炭复合材料及其制备方法和应用用于去除废水中的重金属，但该方法中赤泥需要用酸液处理，进行预脱碱，形成了大量酸性废水，且并未显示复合材料的吸附性能较原生物炭有提高。中国专利cn113750962a公开了一种赤泥与皇竹草秸秆共热解制备改性生物炭的方法及应用于处理土壤重金属污染，其是将赤泥和皇竹草秸秆混合后，置于高温热解炉中，经过高温热解后得到多孔结构的碳材料，该方法用于钝化土壤重中的重金属，并未涉及水体中的重金属。然而，上述方法制备的生物炭材料存在制备过程繁琐、成本高昂的缺陷，不利于固废的资源化利用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种中药渣基生物炭及其制备方法和应用，实现废弃中药渣与赤泥的回收利用，提升生物炭的重金属吸附能力；且方法简便成本低。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种中药渣基生物炭的制备方法，包含以下步骤：

4、1)将盐酸甘氨酸离子液体水溶液与中药渣混合，进行加热预处理，得到中药渣纤维；

5、2)将所述中药渣纤维与赤泥混合，进行炭化处理，得到中药渣基生物炭。

6、可选地，在中药渣基生物炭的制备中，步骤1)所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液的制备方法包含以下步骤：将盐酸、水和甘氨酸混合，进行质子化反应，得到盐酸甘氨酸离子液体水溶液；所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液与中药渣的用量比为20～30ml：1g。

7、可选地，在盐酸甘氨酸离子液体水溶液的制备中，所述盐酸的浓度为36～38wt％；所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液的浓度为70～75wt％；所述盐酸与甘氨酸的摩尔比为1：1～3。

8、可选地，在盐酸甘氨酸离子液体水溶液的制备中，所述质子化反应的温度60～70℃，时间为0.5～1h。

9、可选地，在中药渣基生物炭的制备中，步骤1)所述加热预处理的温度为105～110℃，时间为3～5h，压强为0.01～0.02mpa。

10、可选地，在中药渣基生物炭的制备中，步骤2)所述中药渣纤维与赤泥的质量比为1～3：1～3。

11、可选地，在中药渣基生物炭的制备中，步骤2)所述炭化处理的温度为600～800℃，时间为60～120min。

12、本发明提供了所述的制备方法制得的中药渣基生物炭。

13、本发明还提供了所述的中药渣基生物炭在去除废水中重金属的应用，将所述中药渣基生物炭与废水混合，进行吸附。

14、可选地，在中药渣基生物炭的应用过程中，所述中药渣基生物炭与废水的用量比为1mg：1～2ml；所述重金属包含cd和cu中的至少一种。

15、本发明以盐酸甘氨酸离子液体水溶液作为处理剂先对废弃中药渣进行预处理得到废弃中药渣纤维；将废弃中药渣纤维与赤泥进行混合，然后炭化处理形成中药渣基生物炭；其中盐酸甘氨酸离子液体水溶液作为处理剂，不仅能够去除废弃中药渣中残留的木质素等物质，还能有效提高生物炭的孔隙结构和比表面积，使得最终制备的废中药渣基生物炭具有较强的吸附性能；

16、本发明对废弃中药渣纤维进行赤泥改性，赤泥富含多种金属氧化物，并且在赤泥中存在大量的fe、mn、ca等金属阳离子，可以对生物质炭进行改性，经赤泥改性的生物炭具有较强的磁性能，有利于水相分离，同时可有效避免了强酸碱和氧化剂的使用，以废治废，减少环境污染。

17、本发明方法先用离子液体对废弃中药渣预处理，再利用中药渣和赤泥作为原料炭化制备得到磁性吸附剂，可实现中药渣和赤泥的高效资源化利用。

18、本发明制备的中药渣基生物炭在用于去除废水中重金属时，对cd(ii)和cu(ii)的去除率分别能够达到99.23％和97.10％。

技术特征：

1.一种中药渣基生物炭的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液的制备方法包含以下步骤：将盐酸、水和甘氨酸混合，进行质子化反应，得到盐酸甘氨酸离子液体水溶液；所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液与中药渣的用量比为20～30ml：1g。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为36％～38wt％；所述盐酸甘氨酸离子液体水溶液的浓度为70～75wt％；所述盐酸与甘氨酸的摩尔比为1：1～3。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述质子化反应的温度60～70℃，时间为0.5～1h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述加热预处理的温度为105～110℃，时间为3～5h，压强为0.01～0.02mpa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述中药渣纤维与赤泥的质量比为1～3：1～3。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述炭化处理的温度为600～800℃，时间为60～120min。

8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的中药渣基生物炭。

9.权利要求8所述的中药渣基生物炭在去除废水中重金属的应用，其特征在于，将所述中药渣基生物炭与废水混合，进行吸附。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述中药渣基生物炭与废水的用量比为1mg:1～2ml；所述重金属包含cd和cu中的至少一种。

技术总结本发明涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种中药渣基生物炭及其制备方法和应用。本发明使用盐酸甘氨酸离子液体水溶液对废弃中药渣进行处理得到废弃中药渣纤维；随后将废弃中药渣纤维与赤泥进行混合并炭化处理形成中药渣基生物炭。该方法不仅能够去除废弃中药渣中残留的木质素等物质，还能有效提高生物炭的孔隙率和比表面积，使得最终制备的废中药渣基生物炭具有较强的吸附性能；赤泥的添加使得到的中药渣基生物炭具有较强的磁性能，有利于水相分离，实现中药渣和赤泥的高效资源化利用。技术研发人员：张长波,赵文霞,邓芸,薛卫杰受保护的技术使用者：农业农村部环境保护科研监测所技术研发日：技术公布日：2024/7/23