1.本發(fā)明涉及生物炭制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法。

背景技術(shù)：

2.隨著工業(yè)化的高速發(fā)展，越來越多的含有重金屬的廢水被排放到水環(huán)境中，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，而隨著人們生活水平的提高，茶葉的消費(fèi)量也逐漸增大，尤其是綠茶，深受人們的喜愛，而綠茶在生產(chǎn)、消費(fèi)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的茶葉渣，茶葉渣中碳含量大約為50％，可以制備成生物炭，用于對(duì)廢液中的重金屬進(jìn)行吸附，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶。
3.中國(guó)專利公開了一種具有吸附重金屬的生物炭及其制備方法與應(yīng)用(授權(quán)公告號(hào)cn111318272b)，該專利技術(shù)通過大量試驗(yàn)篩選，充分利用柚子皮等廢棄物，變廢為寶，通過優(yōu)選工藝制備得到。本發(fā)明通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)篩選結(jié)果表明，柚子皮經(jīng)過特定工藝改性后的生物炭相比未改性的生物碳具有更好的孔隙結(jié)構(gòu)和重金屬的吸附能力，但是其歲重金屬的吸附效果不高，不能快速地完成對(duì)重金屬的去除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于提供一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
5.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
6.一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法，包括以下步驟：
7.s1、炭化處理：取茶葉渣用熱水浸泡后，再用去離子水洗凈，放入到105
±
2℃的烘干箱中烘干，粉碎后過40目篩，送入管式反應(yīng)爐中，并通入氮?dú)饧訜嶂?50
±
10℃，恒溫30min后降至室溫，研磨至150～450um，得到炭化顆粒；
8.s2、活化處理：按照質(zhì)量比1：3將s1步驟中得到的炭化顆粒浸漬在活化劑中，并在60℃恒溫下浸漬12h，過濾并在120℃下烘干10h，再置于管式反應(yīng)爐中，并通入氮?dú)饧訜嶂?50
±
10℃，恒溫60min后降至室溫，得到活化產(chǎn)物；
9.s3、洗滌處理：將s2步驟中得到活化產(chǎn)物加入到1mol/l的稀鹽酸中，并用磁力攪拌機(jī)攪拌12h，通過抽濾裝置分離后再用去離子水?dāng)嚢?h后，再次進(jìn)行抽濾，至抽濾液至6～7即可，最后放入烘干箱內(nèi)120℃干燥即可制得炭顆粒；
10.s4、混合處理：將炭顆粒與納米零價(jià)鐵按照質(zhì)量比2:1混合后，研磨過篩至60-80um，壓制成型即得到綠茶生物炭。
11.作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述s4步驟中納米零價(jià)鐵的制備包括以下步驟：
12.s41、按照重量份將5份feso4·
7h2o和50份去離子水加入至反應(yīng)釜中，再加入20份無水乙醇，攪拌至固體完全溶解；
13.s42、再將2份nabh4溶于濃度為0.1％的naoh溶液中，以1drop/s的速度滴入到反應(yīng)
釜中，并同時(shí)通入氮?dú)?，在滴加的過程中一直攪拌溶液，滴加結(jié)束后，繼續(xù)攪拌20min；
14.s43、再用去離子水清洗三遍，用磁鐵吸引法分離溶液和固體，將得到的黑色固體放入真空冷凍干燥箱24h后取出即可。
15.作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述s1和s2步驟中在加熱前通入氮?dú)猓耘懦鰻t腔內(nèi)的氧氣，防止其氧化，在加熱的過程中，持續(xù)通入氮?dú)庖员３譄o氧環(huán)境，氮?dú)饬魉贋?0ml/min，其升溫速度為5℃/min。
16.作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述s1和s2步驟中設(shè)置有監(jiān)控系統(tǒng)，用于在加熱過程中進(jìn)行溫度監(jiān)控、氣態(tài)產(chǎn)物成分和濃度采集以及歷史數(shù)據(jù)查詢和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。
17.作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述s2步驟中活化劑由0.15mol/l的氫氧化鉀溶液、0.2mol/l的氯化鋅溶液和結(jié)晶硫酸鎂溶液組成，其中氫氧化鉀溶液、氯化鋅溶液和結(jié)晶硫酸鎂溶液的體積比為3:2:1.5。
18.作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述s42步驟中fe0的制備反應(yīng)方程如下式：
19.fe
2+
+2bh
4-+6h2o
→
fe0+2b(oh)3+7h2↑??????
(1)
20.上式(1)中，feso4·
7h2o為氧化劑，nabh4為還原劑，fe0通過靜電作用和表面絡(luò)合作用吸附重金屬離子，同時(shí)作為電子供體，將重金屬離子還原到低價(jià)態(tài)，同時(shí)通過炭顆粒提高了fe0的分散性。
21.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
22.本發(fā)明依次通過化處理、活化處理、洗滌處理和混合處理制得綠茶生物炭，在活化處理加入活化劑，在混合處理將炭顆粒與納米零價(jià)鐵混合，且活化劑由氫氧化鉀溶液、氯化鋅溶液和結(jié)晶硫酸鎂溶液，制備的綠茶生物炭對(duì)重金屬離子具有優(yōu)異的吸附和清除能力，且可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的吸附作用。
附圖說明
23.圖1為一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法的流程示意圖；
24.圖2為一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法中cr
6+
的變化曲線圖；
25.圖3為一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法中cd
2+
的變化曲線圖；
26.圖4為一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法中cu
2+
的變化曲線圖。
具體實(shí)施方式
27.請(qǐng)參閱圖1～4，本發(fā)明實(shí)施例中，一種用于重金屬優(yōu)先吸附的廢棄綠茶生物炭制備方法，包括以下步驟：
28.s1、炭化處理：取茶葉渣用熱水浸泡后，再用去離子水洗凈，放入到105
±
2℃的烘干箱中烘干，粉碎后過40目篩，送入管式反應(yīng)爐中，并通入氮?dú)饧訜嶂?50
±
10℃，恒溫30min后降至室溫，研磨至150～450um，得到炭化顆粒；
29.s2、活化處理：按照質(zhì)量比1：3將s1步驟中得到的炭化顆粒浸漬在活化劑中，并在60℃恒溫下浸漬12h，過濾并在120℃下烘干10h，再置于管式反應(yīng)爐中，并通入氮?dú)饧訜嶂?50
±
10℃，恒溫60min后降至室溫，得到活化產(chǎn)物；
30.s3、洗滌處理：將s2步驟中得到活化產(chǎn)物加入到1mol/l的稀鹽酸中，并用磁力攪拌機(jī)攪拌12h，以除去其中的雜質(zhì)，通過抽濾裝置分離后再用去離子水?dāng)嚢?h后，再次進(jìn)行抽
濾，至抽濾液至6～7即可，最后放入烘干箱內(nèi)120℃干燥即可制得炭顆粒；
31.s4、混合處理：將炭顆粒與納米零價(jià)鐵按照質(zhì)量比2:1混合后，研磨過篩至60-80um，壓制成型即得到綠茶生物炭。
32.優(yōu)選的，所述s4步驟中納米零價(jià)鐵的制備包括以下步驟：
33.s41、按照重量份將5份feso4·
7h2o和50份去離子水加入至反應(yīng)釜中，再加入20份無水乙醇，攪拌至固體完全溶解；
34.s42、再將2份nabh4溶于濃度為0.1％的naoh溶液中，以1drop/s的速度滴入到反應(yīng)釜中，并同時(shí)通入氮?dú)猓诘渭拥倪^程中一直攪拌溶液，滴加結(jié)束后，繼續(xù)攪拌20min；
35.s43、再用去離子水清洗三遍，用磁鐵吸引法分離溶液和固體，將得到的黑色固體放入真空冷凍干燥箱24h后取出即可。
36.優(yōu)選的，所述s1和s2步驟中在加熱前通入氮?dú)猓耘懦鰻t腔內(nèi)的氧氣，防止其氧化，在加熱的過程中，持續(xù)通入氮?dú)庖员３譄o氧環(huán)境，氮?dú)饬魉贋?0ml/min，其升溫速度為5℃/min。
37.優(yōu)選的，所述s1和s2步驟中設(shè)置有監(jiān)控系統(tǒng)，用于在加熱過程中進(jìn)行溫度監(jiān)控、氣態(tài)產(chǎn)物成分和濃度采集以及歷史數(shù)據(jù)查詢和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。
38.優(yōu)選的，所述s2步驟中活化劑由0.15mol/l的氫氧化鉀溶液、0.2mol/l的氯化鋅溶液和結(jié)晶硫酸鎂溶液組成，其中氫氧化鉀溶液、氯化鋅溶液和結(jié)晶硫酸鎂溶液的體積比為3:2:1.5。
39.優(yōu)選的，所述s42步驟中fe0的制備反應(yīng)方程如下式：
40.fe
2+
+2bh
4-+6h2o
→
fe0+2b(oh)3+7h2↑????
(1)
41.上式(1)中，feso4·
7h2o為氧化劑，nabh4為還原劑，fe0通過靜電作用和表面絡(luò)合作用吸附重金屬離子，同時(shí)作為電子供體，將重金屬離子還原到低價(jià)態(tài)，同時(shí)通過炭顆粒提高了fe0的分散性，例如cr
6+
的毒性是cr
3+
的毒性的數(shù)百倍，將cr
6+
還原成cr
3+
，大大降低了重金屬的毒性，所述納米零價(jià)鐵還原cr
6+
的反應(yīng)方程如下式：
42.3fe0+cr2o
72-+14h
+
→
3fe
2+
+2cr
3+
+7h2o
??????????????????
(2)
43.6fe
2+
+cr2o
72-+14h
+
→
6fe
3+
+2cr
3+
+7h2o
?????????????????
(3)
44.ncr
3+
+(1-n)fe
3+
+2h2o
→
crnfe
1-n
ohh
↓
+3h
+
?????????????
(4)
45.ncr
3+
+(1-n)fe
3+
+3h2o
→
crnfe
1-n
(oh)3↓
+3h
+
????????????
(5)
46.通過上式(2)、(3)、(4)和(5)，將cr
6+
還原成cr
3+
，fe
3+
與cr
3+
產(chǎn)生吸附和共沉淀作用。
47.為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)效果，通過下述實(shí)施例進(jìn)行闡述：
48.采用本發(fā)明制備的綠茶生物炭作為實(shí)施例；采用專利網(wǎng)公開的一種以廢棄綠茶渣為原料的金屬釩高效吸附-還原材料的制備及其應(yīng)用(公開日：2022-01-07，公開號(hào)：cn113893824a)制備的生物炭作為對(duì)比例一；采用專利網(wǎng)公開的一種具有吸附重金屬的生物炭及其制備方法與應(yīng)用(公開日：2020-12-08，公開號(hào)：cn111318272b)制備的生物炭作為對(duì)比例二；
49.分別用cd(n03)2、cuso4和k2cr2o7與1：1的硫酸溶液配制成40.00mg/l的cd
2+
溶液、30.00mg/l的cu
2+
溶液、60.00mg/l的cr
6+
溶液，分別取100mlcd
2+
溶液、cu
2+
溶液、cr
6+
溶液，并按照1g/l的濃度分別加入吸附劑，在水浴25℃下，以120～180r/min的轉(zhuǎn)速，恒溫振蕩2h，分
別在0、10、30、60、90、120min時(shí)間點(diǎn)取樣，取上清液過濾，測(cè)定濾液的cd
2+
、cu
2+
、cr
6+
濃度；并計(jì)算去除率和吸附量qe，其中，去除率e＝(c
0-ce)/c0×
100％；吸附量qe＝(c
0-ce)v/m；其中，e為有效去除率，qe為e時(shí)刻的吸附量(單位：mg/g)，c0為溶液中待分析離子的初始濃度(即0min時(shí)刻的濃度，單位：mg/l)，ce為e時(shí)刻溶液中的離子濃度(單位：mg/l)，v為離子溶液的體積(單位：l)，投加吸附材料的質(zhì)量(單位：g)，并將結(jié)果記錄到下表1中；
50.表1 cr
6+
濃度變化記錄表
[0051][0052][0053]
從表1可以分析得出：在0～120min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cr
6+
的去除率和吸附量均高于對(duì)比例一和對(duì)比例二，尤其是在0～30min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cr
6+
的去除率和吸附量更加顯著；根據(jù)說明書附圖2可以得出：在0～30min內(nèi)，相比于對(duì)比例一和對(duì)比例二，實(shí)施例的斜率更大，從而得出本發(fā)明對(duì)cr
6+
的吸附速度更快；
[0054]
進(jìn)而可以得出：本發(fā)明可以在短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)重金屬離子cr
6+
起到較高的吸附作用。且吸附地更加徹底。
[0055]
表2 cd
2+
濃度變化記錄表
[0056][0057]
從表2可以分析得出：在0～120min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cd
2+
的去除率和吸附量均高于對(duì)比例一和對(duì)比例二，尤其是在0～30min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cd
2+
的去除率和吸附量更加顯著；根據(jù)說明書附圖3可以得出：在0～30min內(nèi)，相比于對(duì)比例一和對(duì)比例二，實(shí)施例的斜率更大，從而得出本發(fā)明對(duì)cd
2+
的吸附速度更快；
[0058]
進(jìn)而可以得出：本發(fā)明可以在短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)重金屬離子cd
2+
起到較高的吸附作用。且吸附對(duì)更加徹底。
[0059]
表3 cu
2+
濃度變化記錄表
[0060][0061]
從表3可以分析得出：在0～120min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cu
2+
的去除率和吸附量均高于對(duì)
比例一和對(duì)比例二，尤其是在0～30min內(nèi)，實(shí)施例中對(duì)cu
2+
的去除率和吸附量更加顯著；根據(jù)說明書附圖4可以得出：在0～30min內(nèi)，相比于對(duì)比例一和對(duì)比例二，實(shí)施例的斜率更大，從而得出本發(fā)明對(duì)cu
2+
的吸附速度更快；
[0062]
進(jìn)而可以得出：本發(fā)明可以在短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)重金屬離子cu
2+
起到較高的吸附作用。且吸附地更加徹底。
[0063]
以上所述的，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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