一種Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料及其制備方法與用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Mg/Al水滑石修飾 的生物炭復(fù)合材料及其制備方法與用途。
【背景技術(shù)】
[0002 ]工業(yè)染料廢水向水體的排放對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的危害巨大。隨著紡織、印刷、塑料、 皮革和食品生產(chǎn)等行業(yè)的迅速發(fā)展，大量的染料污染物排放到水體中，這些污染物數(shù)量龐 大、降解速率慢、并對人類和動物具有毒性作用。因此探索一種經(jīng)濟(jì)高效的用于工業(yè)廢水排 放前的脫色處理的技術(shù)非常必要。一般的染料廢水處理方法有吸附、催化降解、生物降解和 膜過濾等。其中，吸附是一種操作簡單，成本低，且處理污染物較為高效的技術(shù)，在實際的污 染廢水治理中已有應(yīng)用。生物炭作為吸附法中一種新興的吸附材料，具有原材料豐富、價格 低廉和固碳等優(yōu)點，但生物炭對染料的吸附效率有限。因此，研究開發(fā)新型的以生物炭為基 質(zhì)、低價和高效的復(fù)合材料，已經(jīng)成為生物炭用于水處理的發(fā)展和應(yīng)用中的一個關(guān)鍵性科 學(xué)技術(shù)問題。
[0003] 生物炭是生物質(zhì)在無氧或缺氧的條件下熱解產(chǎn)生的含碳量較高的固體材料，其原 材料主要來自于農(nóng)業(yè)廢棄物、固體廢物、污泥等。同時，生物炭具有比較好的孔隙結(jié)構(gòu)和豐 富的表面官能團(tuán)。因此，生物炭具有去除廢水中污染物的潛力。然而，生物炭的性質(zhì)受其原 材料和熱解條件的影響很大，未經(jīng)改性或者功能化修飾的生物炭具有有限的吸附位點，限 制了其在實際廢水處理中的應(yīng)用。水滑石類化合物(LDHs)是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的新型無機 功能材料，它對廢水中的重金屬和有機物都具有較好的去除能力。通過適當(dāng)?shù)姆椒▽g/Al 水滑石組裝在生物炭的表面，水滑石修飾生物炭制成復(fù)合材料，能夠豐富其表面吸附位點， 提高生物炭對染料污染物的去除能力。同時，焙燒水滑石具有記憶效應(yīng)，Mg/Al水滑石溫度 在500°C內(nèi)的焙燒產(chǎn)物接觸到水以后其結(jié)構(gòu)可以部分恢復(fù)到具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的水滑石， 在恢復(fù)的過程中增加其對染料的吸附固定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，開發(fā)一種低價、高 效的可用于吸附處理染料污染物的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料。
[0005] 本發(fā)明提出的一種Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的制備方法，是將Mg/Al水 滑石對生物炭進(jìn)行功能化處理，這樣制備的吸附劑可通過Mg/Al水滑石組裝在生物炭表面， 增加生物炭表面的吸附位點數(shù)量，具體步驟如下：
[0006] (1)將生物質(zhì)原材料用去離子水清洗，然后在80 °C下烘干24小時，將烘干后的生物 質(zhì)粉碎，并過2mm篩得到生物質(zhì)粉末；
[0007] (2)將2.4g的AlCl3 · 6H2〇和6.1g的MgCl2 · 6H2〇加入到400mL的超純水中，再將步 驟（1)得到的生物質(zhì)粉末加入到該溶液中，混合懸液以130轉(zhuǎn)/分鐘的速度在恒溫水浴振蕩 箱中（26 °C)振蕩24小時得到懸液A，再另取16 .Og的NaOH和13.25g的Na2CO3加入到500mL的超 純水中得到溶液B;
[0008] (3)將步驟(2)中得到的懸液A和溶液B同時并逐滴地加入到一個三頸燒瓶中，三頸 燒瓶中置于恒溫水浴鍋中保持反應(yīng)溫度60°C，反應(yīng)過程中用電動攪拌器在400轉(zhuǎn)/分鐘下進(jìn) 行攪拌，并通過調(diào)整懸液A和溶液B的滴加速度使三頸燒瓶中的反應(yīng)溶液pH保持在10左右， 滴加結(jié)束后再持續(xù)反應(yīng)20分鐘，將反應(yīng)后的懸液在100 °C下老化24小時，然后將得到的沉淀 物過濾，并用超純水清洗3遍，然后在80 °C下烘干36小時的到Mg/Al水滑石和生物質(zhì)的復(fù)合 物；
[0009 ] (4)將步驟(3)中得到的Mg/Al水滑石和生物質(zhì)的復(fù)合物放入管式氣氛爐中熱解燒 制，熱解過程中保持氣氛爐的石英管密封，同時向管內(nèi)以400mL/min的流速通入N2，以此來 保持整個熱解過程的厭氧條件，管式爐的升溫程序設(shè)定為:從室溫以rC/min的升溫速率加 熱上升到500°C，并在此溫度條件下持續(xù)熱解2小時，然后開始自然降溫過程，在降溫過程中 保持N 2以相同流速持續(xù)通入，冷卻到室溫后取出即得到所述復(fù)合材料。
[0010]上述制備方法中，制備的順序是先將生物質(zhì)粉末浸入到Mg/Al水溶液中，再制備 Mg/Al水滑石和生物質(zhì)的復(fù)合物，最后通過管式氣氛爐在犯氛圍下將Mg/Al水滑石和生物質(zhì) 的復(fù)合物熱解得到所述產(chǎn)品。
[0011]上述制備方法中，生物炭的原材料選用農(nóng)業(yè)廢棄物、固體廢物、污泥等生物質(zhì)。 [0012] 上述制備方法中，所述Mg2+和Al3+的摩爾比為3:1。
[0013] 上述制備方法中，負(fù)載Mg/Al水滑石的生物質(zhì)粉末必須在烘箱中80°C下烘干36小 時，以保證進(jìn)入管式爐中熱解之前的干燥狀態(tài)。
[0014] 上述制備方法中，管式爐的升溫速率為7 °C/min，最高溫度為500 °C，并在此溫度條 件下持續(xù)熱解2小時。
[0015] 利用本發(fā)明方法制備得到的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料去除廢水中的染 料。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0017] 1.生物炭的原料來源廣泛，且價格低廉，主要原料為農(nóng)業(yè)廢棄物、固體廢物、污泥 等生物質(zhì);使用的化學(xué)藥品AlCl3 · 6H20和MgCl2 · 6H20等是常用的化工產(chǎn)品。
[0018] 2.本發(fā)明的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的制備工藝及操作簡單，制備快 速，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品回收率高，不需要特殊的化工設(shè)備，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0019] 3.本發(fā)明的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的制備過程中，生物質(zhì)的熱解和 水滑石的焙燒在同一個熱處理過程中進(jìn)行，縮減了制備費用和時間。
[0020] 4.產(chǎn)品無毒，對環(huán)境友好。
[0021 ] 5.本發(fā)明的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料對染料的去除效率高。
[0022] 6.焙燒水滑石具有記憶效應(yīng)，Mg/Al水滑石溫度在500°C內(nèi)的焙燒產(chǎn)物接觸到水以 后其結(jié)構(gòu)可以部分恢復(fù)到具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的水滑石。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實施例1的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的掃描電鏡示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例1的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的透射電鏡示意圖；
【具體實施方式】
[0025]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026] 實施例1:
[0027] -種本發(fā)明所述的Mg/Al水滑石修飾的生物炭復(fù)合材料的制備，生物炭原材料選 用去掉葉子和皮的芒麻桿，具體制備方法如下：
[0028]將去掉葉子和皮的苧麻桿用去離子水清洗，然后在80°C下烘干24小時，將烘干后 的苧麻桿粉碎，并過2mm篩得到苧麻桿粉末;將2.4g的AlCl3 · 6H20和6. Ig的MgCl2 · 6H20加 入到400mL的超純水中，再將苧麻桿粉末加入到該溶液中，混合懸液以130轉(zhuǎn)/分鐘的速度在 恒溫水浴振蕩箱中（26°C )振蕩24小時得到懸液A，再另取16. Og的NaOH和13.25g的Na2CO3加 入到500mL的超純水中得到溶液B;將懸液A和溶液B同時并逐滴地加入到一個三頸燒瓶中， 三頸燒瓶中置于恒溫水浴鍋中保持反應(yīng)溫度60°C，反應(yīng)過程中用電動攪拌器在400轉(zhuǎn)/分鐘 下進(jìn)行攪拌，并通過調(diào)整懸液A和溶液B的滴加速度使三頸燒瓶中的反應(yīng)溶液pH保持在10左 右，滴加結(jié)束后再持續(xù)反應(yīng)20分鐘，將反應(yīng)后的懸液在100°C下老化24小時，然后將得到的 沉淀物過濾，并用超純水清洗3遍，然后在80°C下烘干36小時的到Mg/Al水滑