利用灰枣叶制备生物质炭的方法以及生物质炭的应用

本发明涉及生物质炭。具体地说是利用灰枣叶制备生物质炭的方法以及生物质炭的应用。

背景技术：

1、随着城镇化和工业化的快速发展，大量污染物被排放到水体环境中，导致大量有毒有害物质流入小溪、河道、大海中，造成了环境污染。全球每年生产的染料超100万吨，其中约78万吨用于纺织品印染上，约20％的印染废水作为污水排放。农林废弃物是一种低成本的生物质资源，但每年产生的大量农林废弃物若没有合理的处置方案，就会转化为污染源进而危害环境。新疆维吾尔自治区南疆地区作为林果业主要产区，大宗林果如红枣、香梨、苹果等每年产生大量的废弃物尚未得到充分利用，700多万亩产出的红枣废弃物可能造成资源浪费及环境污染。因此，寻找一种合理、低成本的农林废弃物处理方案，对于保护环境、充分利用资源、促进可持续性发展具有重要指导意义。

2、生物质炭是一种具有广泛应用前景的水土治理材料，其制备原料来源广泛，物理化学特性良好。由于其可持续性、低成本和高碳含量，生物质炭被认为是一种很有前途的功能碳材料制造来源。生物质原料通常来自植物残留物、动物代谢产物、工业废弃物、市政废物和固体废弃物。生物质炭的多孔结构、比表面积大和丰富的官能团如羧基(-cooh)、羟基(-oh)等性质决定了其对污染物的吸附作用，这种吸附作用间接或直接决定了生物质炭的高吸附性能和稳定性等。因此，生物质炭在环境保护、土壤修复和水质净化等领域具有广泛的应用前景。

3、原始生物质炭的比表面积sbet较小，吸附活性较弱。已报道的枣枝生物质炭sbet在46.46～114.36m2/g，gao j等人制备的枣核生物质炭sbet为246.90m2/g。为了提高生物炭的比表面，通常采用氢氧化钾、氢氧化钠或过硫酸钠等对生物炭进行改性，但这些改性剂均为危害性较大的危化品，且经该类危化品改性后的生物炭虽然比表面积能够提高，但其对印染废水中的亚甲基蓝的吸附活性仍有很大的提升空间。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用灰枣叶制备生物质炭的方法以及生物质炭的应用，以解决现有生物质炭比表面不高以及对印染废水中亚甲基蓝的吸附性能不理想的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、利用灰枣叶制备生物质炭的方法，包括如下步骤：

4、步骤(1)、将灰枣叶进行预处理，得到灰枣叶粉；

5、步骤(2)、将灰枣叶粉加入到改性溶液中进行磁力搅拌；磁力搅拌结束后离心和干燥，得到改性灰枣叶粉末；

6、步骤(3)、将改性灰枣叶粉末在有氧条件下进行热解，热解结束后，得到热解产物；

7、步骤(4)、将热解产物用蒸馏水洗涤至中性并真空抽滤，最后干燥后研磨，即制备得到生物质炭。

8、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(2)中，改性溶液为硫酸钠溶液、草酸钠溶液、草酸溶液、酒石酸钠溶液或氢氧化钠溶液；改性溶液的浓度为0.1～1.6mol/l。

9、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(2)中，改性溶液为硫酸钠溶液，改性溶液的浓度为0.8mol/l。

10、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(2)中，改性溶液与灰枣叶粉的体积质量之比为20～30ml/g。

11、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(2)中，磁力搅拌时间为2～3h；离心条件为5000rpm，10～15min；干燥条件为40～100℃，12～24h。

12、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(3)中，热解条件为：以5～10℃/min的升温速率升至300～700℃，热解1～3h。

13、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(4)中，干燥条件为70～80℃，12～24h；研磨后生物质炭的粒径为0.07～0.15μm。

14、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(1)中，预处理的方法为：将灰枣叶清洗并自然晾干后粉碎，过100目筛。经反复多次试验发现，若采用100目以上的灰枣叶粉进行改性和热解制备生物质炭则容易导致热解不完全，生成的生物质炭比表面积小，吸附效果差，尤其是对亚甲基蓝的吸附效果下降。

15、上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法，步骤(1)中，预处理的方法为：将灰枣叶清洗并自然晾干后粉碎，过100目筛；

16、步骤(2)中，改性溶液为硫酸钠溶液，改性溶液的浓度为0.8mol/l；改性溶液与灰枣叶粉的体积质量之比为25ml/g【若改性溶液的用量过少，则灰枣叶粉无法与改性溶液充分混匀，导致改性效果不佳，若改性溶液的用量过多，则会导致热解时灰枣叶被热解过度而成灰分，生物质炭的得率低】；磁力搅拌时间为2h；离心条件为5000rpm，10min；干燥条件为80℃，12h；【该干燥条件下，不仅有利于水分的完全去除，而且有利于残留在灰枣叶粉上的钠和硫酸根进一步对灰枣叶发挥作用，有利于提高热解效果】；在试验中发现，如果在磁力搅拌结束后利用水洗涤后再进行干燥制备的生物质炭其吸附性能会大幅下降，因此，本发明在将改性溶液与灰枣叶粉磁力搅拌混合后过滤得到的固体产物不经洗涤就直接干燥用于热解；

17、步骤(3)中，热解条件为：以5℃/min的升温速率升至700℃，热解3h；若升温速度过快则容易导致生物孔结构坍塌，进而导致制备的生物质炭具有更多的结构缺陷和晶体缺陷，从而影响生物质炭的吸附活性；

18、步骤(4)中，干燥条件为80℃，12h，在该干燥条件下既能保证生物质炭快速脱水干燥，又不会出现再热解而导致孔隙结构被破坏的现象；研磨后生物质炭的粒径为0.07～0.15μm，在该粒径范围内的生物质炭具有较好的吸附效果。

19、本发明先将灰枣叶粉加入到硫酸钠改性溶液中进行改性，然后再将其置于有氧条件下进行热解，通过控制热解的升温速率、热解温度以及热解时间能够制备得到吸附能力较高的生物质炭。这种方法与直接将硫酸钠固体与灰枣叶粉混合后热解相比，不仅能够使得生物质炭的孔径结构更加合理以使其具有优良的吸附性能，而且制备得到的生物质炭的得率较高，尤其是在有氧条件下能够获得较高的生物质炭得率，降低了生产成本。

20、生物质炭的应用，将采用上述利用灰枣叶制备生物质炭的方法制备的生物质炭用于吸附印染废水中的亚甲基蓝。

21、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

22、1、本发明以灰枣叶为原料，采用改性剂对其进行改性，采用热解法制备生物质炭，制备的生物质炭具有优良的孔径结构(介孔范畴)、较高的比表面积(419.03m2/g)，且总孔体积达到0.28cm3/g，且生物质炭表面存在丰富的官能团，对亚甲基蓝具有较强的吸附能力，且对亚甲基蓝的吸附性能基本不受ph变化的影响。

23、2、本发明以硫酸钠作为改性剂，与氢氧化钠、草酸/草酸钠、酒石酸钠等其它改性剂相比，改性后的灰枣叶粉末能够在特定的有氧热解条件下热解得到吸附能力较好的生物质炭，尤其对亚甲基蓝具有较高的吸附活性：在平衡状态下，m-ybc的最大吸附量为298.8mg/g，是未改性前的7.38倍；与购买的商业活性炭(ac)对比发现，其吸附量约为ac的5倍。