[发明专利]一种载铜笋壳生物炭的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于炭材料领域，尤其涉及一种一种载铜笋壳生物炭的制备及其应用。

背景技术

锝是一种半衰期长(对于⁹⁹Tc为2.13×10⁵年)的放射性元素，是核燃料废物的主要组成，由²³⁵U和²³⁹Pu裂变产生，同时也是核工厂地表的常见污染物；此外，医用放射性同位素(^99mTc)衰变也会产生⁹⁹Tc。高锝酸根阴离子(TcO₄^-)是锝在地理环境中最稳定的化学形态，易迁移和易生物获得。由于锝半衰期长和易于进入食物链循环，被认为是环境中问题最突出的放射性核素之一。因此，开发高效从含锝废水或地下水中去除锝的方法显得极其重要。

目前从溶液中脱除高锝酸根阴离子的主要方法有萃取法和离子交换法。然而，萃取法工艺繁杂，萃取剂需回收，易造成二次污染；离子交换法所用离子交换树脂价格昂贵，废树脂处理困难，并且难以处理低浓度含锝水溶液。吸附法操作简单、成本低廉、环境友好，被视为一种从溶液中，尤其是低离子浓度溶液中去除放射性元素的有效方法。炭材料具有化学性质稳定、比表面积大、孔隙率高等优点，有望应用于核放射性废水的综合治理；然而，活性炭、碳纳米管、石墨烯等炭材料价格昂贵，限制了其广泛应用。因此，需要研制成本低廉、吸附性能优越的富碳材料。

生物炭是生物质(农作物废弃物、木材、植物组织、动物骨骼等)在缺氧和相对低温(小于700℃)条件下，裂解炭化而形成的一种碳含量极高的炭材料。生物炭具有较大的比表面积和孔隙率以及较强的吸附能力(丰富的含氧官能团)和抗氧化能力，适用于废水中金属离子的吸附分离。由于生物炭具有原料丰富、成本低廉、制备简单、吸附能力强、可生物降解等优点，作为一种优质价廉的新型吸附材料日益受到相关科研和产业界关注。

笋壳又名竹壳或竹衣，是竹笋成竹后脱落下来的或者是竹笋加工过程中产生的副产品。按工艺不同，竹笋加工产生的废弃笋壳分鲜笋壳和蒸煮笋壳两种，是目前竹笋加工当中的大宗废弃物。据统计，鲜笋壳年产量高达1570万吨。竹类属于禾本科亚竹属，目前世界共有竹类植物70多属1200多种，而我国共有竹种39属500多种，竹林面积达到720万公顷，约占世界总量的30%，素有“竹子王国”之称。然而，大量的竹笋壳被作为废弃物随意丢弃，腐烂霉变，或直接掩埋和焚烧；这不仅造成环境污染，还是对宝贵生物质资源的极大浪费。

炭材料是常用吸附剂之一，如果能通过生物炭技术，将废弃笋壳转化为生物炭吸附剂，不但可以应用于吸附分离溶液中的锝，实现农业废弃物资源化，而且还可以提高竹产品工业的附加值，创造出良好的生态和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单易行、成本低廉的方法制备载铜笋壳生物炭吸附剂，通过有效利用笋壳废弃物，将其变废为宝，制得生物炭，并将其应用于高效吸附分离溶液中的锝。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于吸附分离锝的载铜笋壳生物炭的制备方法，包括以下步骤：

1）制粒：将洗净、干燥的笋壳粉碎，过筛，烘干；

2）炭化：在N₂保护下以一定的温度炭化笋壳并冷却至室温，洗涤至中性，烘干，制得笋壳生物炭；

3）载铜：将笋壳生物炭与醋酸铜溶液混合，搅拌，浸渍后，过滤，洗涤至中性，烘干；

4）活化：取适量载铜笋壳生物炭，在N₂保护下以一定的温度活化后冷却至室温，洗涤至中性，烘干，得到用于吸附分离锝的载铜笋壳生物炭吸附剂。

所述步骤1）中，笋壳粉碎后过20-100目筛，烘干温度为60-105℃。

所述步骤2）中，N₂流速为50-150 mL/min，炭化温度为200-700℃，炭化时间为2-8 h。

所述步骤3）中，醋酸铜的浓度为0.1-10 mol/L，笋壳生物炭与醋酸铜溶液的固液比为1g:10ml-100ml，浸渍时间为8-20 h。

所述步骤4）中，N₂流速为50-100 mL/min，活化温度为100-600℃，活化时间为1-6 h。

如上所述的制备方法制得的载铜笋壳生物炭吸附剂在高效吸附分离溶液中的放射性元素锝中的应用；溶液中锝的浓度≥0.01 mg/L即可被吸附分离，回收率高达90%以上。

本发明的有益效果和突出优势在于：