[发明专利]一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种Al‑Mn改性生物质炭及其制备方法和在重金属废水吸附中的应用，制备方法包括碳酸钾改性生物质炭的制备和Al‑Mn改性生物质炭的制备。本发明以废弃生物质作为原料，首先利用碳酸钾改性生物质炭，再通过铝、锰氧化物改性，将Al‑Mn氧化物负载到生物质炭上，所制得的Al‑Mn改性生物质炭具有多孔结构和较多的含氧官能团(‑OH、Al₂O₃、AlOOH、MnO和MnO₂等)，其通过还原反应、络合反应以及物理吸附、静电吸引等对重金属阴离子污染物表现出良好的去除性能。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用。

背景技术

皮革、电镀、冶金等行业排放的废水中常含有铬、镍、镉等重金属元素，严重威胁全球环境安全。离子交换法、化学沉淀法以及膜分离法是现阶段常用的废水处理办法，但这些方法通常都存在成本高或工艺复杂的缺点。与上述方法相比，吸附法更加简便，所消耗的成本也更低。

生物质炭因其较大的比表面积和多孔结构常被用作吸附剂，但其对废水中污染物的去除能力仍较低。金属氧化物也可作为吸附剂处理废水中的重金属污染物，但金属氧化物的机械强度较低、孔结构不够发达，使用过程中不易固定。

基于此，提供一种既能确保廉价性又具备大吸附量，还可以对金属氧化物起到固定作用的改性生物质炭具有重要意义。

发明内容

针对普通生物质炭吸附量偏小、金属氧化物使用过程中不易固定的技术问题，本发明提供一种Al-Mn改性生物质炭及其制备方法和应用，以废弃生物质作为原料，首先利用碳酸钾改性生物质炭，再通过铝、锰氧化物改性，将Al-Mn氧化物负载到生物质炭上，所制得的Al-Mn改性生物质炭具有多孔结构和较多的含氧官能团(-OH、Al₂O₃、AlOOH、MnO和MnO₂等)，其通过还原反应、络合反应以及物理吸附、静电吸引等对重金属阴离子污染物表现出良好的去除性能。

第一方面，本发明提供一种Al-Mn改性生物质炭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)碳酸钾改性生物质炭的制备：将预处理后的生物质原料与K₂CO₃混合均匀后，在保护气体气氛下热解；

(2)Al-Mn改性生物质炭的制备：将碳酸钾改性生物质炭浸渍于Al-Mn溶液中，然后在保护气体气氛下热解，待产物冷却至室温后，经研磨、干燥，得到Al-Mn改性生物质炭。

进一步的，所述步骤(1)为将预处理后的生物质原料与K₂CO₃按照重量比1：2混合均匀后，在氮气气氛下热解，热解温度600℃-800℃，升温速率5℃/min，保温时间1h-2h。

进一步的，所述步骤(1)中，预处理包括生物质原料的清洗、干燥和粉碎。

进一步的，所述步骤(1)中，生物质原料包括树叶、秸秆中的至少一种。

进一步的，所述步骤(2)为将碳酸钾改性生物质炭和Al-Mn溶液的混合物烘干后，在氮气气氛下热解，热解温度600℃-800℃，升温速率5℃/min，热解时间1h-2h。

进一步的，所述步骤(2)中，Al-Mn溶液的制备方法为将0.6953g的AlCl₃·6H₂O和0.0759g的KMnO₄溶于4mL蒸馏水中，搅拌均匀。

进一步的，所述步骤(2)中，每4mL Al-Mn溶液浸渍0.25g-1.5g生物质炭。

第二方面，本发明提供一种由上述制备方法制得的生物质炭。