一種農業生物質碳基磁性吸附材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種農業生物質碳基磁性吸附材料的制備方法。該方法是以來源于植物有機體的農業生物質為原料，采用三價鐵離子與生物質超聲共混的負載工藝、堿沉淀以及低溫水熱碳化賦磁工藝，獲得具有磁性的生物碳吸附材料。本發明不僅能夠同時實現碳吸附材料的制備及賦磁過程，而且原料來源廣泛、廉價易得，是一種通用性強、可控性好、工藝簡單的制備方法。以此方法制備的材料磁性穩定，吸附性能強，易于分離，可用于水處理脫色、染料等有機污染物去除，在環境治理領域有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種農業生物質碳基磁性吸附材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明所屬可持續再生及先進材料制備的【技術領域】。涉及生物質資源學、材料科學、環境科學和環境保護等多個學科交叉領域的相關技術，主要涉及一種能夠大規模利用農業生物質資源制備具有磁性的生物碳基吸附材料的方法。
技術背景
[0002]隨著科技及經濟的迅猛發展，農工業生產廢水的大量排放使得水環境污染問題日益突出。特別是印染廢水，其所含染料多為人工合成的化學染料，具有復雜的芳環結構、性質穩定、難降解、存在潛在的毒性，直接排放會對環境造成嚴重污染，并通過食物鏈直接或間接威脅人類健康。生物碳是近年來利用吸附法處理印染廢水的一種新型碳吸附材料，可通過資源豐富的生物質不完全燃燒獲得，所產生的含碳產物對水體中的污染物具有較強的表面吸附性能。然而，廢水中污染物種類和數量的復雜性決定了生物碳的吸附率有待提高，同時其處理染料后難以回收，易造成資源浪費和二次污染。因此，提高生物碳吸附率并賦予其穩定的磁性，能很好的解決上述難題，實現污染物的快速分離和吸附劑的回收。
[0003]利用廉價易得的生物質制備具有磁性的吸附材料近年來引起了廣泛關注。中國專利CN 103316640 A，名稱為“一種磁性生物質吸附劑的制備及去除重金屬的方法”，通過將生物質-乙酸溶液與殼聚糖-乙酸溶液混合后，加入Fe3O4固體磁粉的方法，制備非碳化的磁性生物質吸附材料。中國專利CN 103316636 A，名稱為“一種生物質基磁性活性炭的制備方法”，采用先制備活性炭再與磁粉混合吸附的方法將磁性物質負載在活性炭上。中國專利CN101642699A，名稱為“一種磁性生物碳吸附材料的制備方法及其用途”，以廢棄生物質為碳源，通過二價鐵和三價鐵混合液作為前驅體，經過沉淀、過濾、干燥、壓實后再采用限氧炭化的方法制備磁性吸附材料。中國專利CN 101847481 A，名稱為“廢棄生物質制備C-Fe殼核磁性活性炭的新工藝”，將秸桿或木屑與氯化鋅和氯化鐵混合液進行混合，然后在裂解爐中通入氮氣700°C進行裂解。中國專利CN 101564677 B，名稱為“一種超順磁性多孔碳吸附材料的合成方法”，亦采用了在氮氣氛圍中600?900°C焙燒的方法制備磁性吸附材料。盡管這些研究均取得一定成效，但是仍存在以下問題:(I)制備過程可控性差。特別是將活性炭或生物質直接與磁粉混合的填充工藝，容易造成磁性介質脫落，材料結構不穩定，活性炭吸附能力降低等問題。(2)磁性前驅體多為二價鐵和三價鐵的混合液、鐵鹽和無機鹽混合液或鐵鹽、無機鹽與乙醇的混合液，制備過程繁瑣。(3)碳化或賦磁過程均采用限氧或氮氣氛圍中高溫裂解的方法，一方面反應條件苛刻、增加了能耗和成本，另一方面需要將反應物過濾、干燥、壓實后才能高溫裂解處理，過程繁瑣且周期較長。水熱法是一種以水作為反應介質的熱化學轉化技術，也是材料界公認的碳材料綠色合成的重要方法。然而，利用水熱合成法制備具有磁性的農業廢棄物碳基吸附材料的相關研究目前還沒有報道。
[0004]我國是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，其中僅農作物秸桿的年產量就高達
7.5億噸且種類繁多，但由于其有效利用途徑少、綜合利用效率低，導致資源大量浪費的同時易造成環境污染，特別是因秸桿焚燒帶來的環境問題，近年來顯得尤為突出。因此，針對不同種類的農業生物質建立一種較為通用、簡單的處理工藝和再利用途徑，將為農業廢棄物資源的多級循環和利用提供新思路。
【發明內容】
[0005]本發明從生物質資源利用和水環境保護的角度出發，針對現有研究中的不足，提供了一種利用廉價農業廢棄物制備生物碳基磁性吸附材料的方法。本發明的特點在于:(I)不同于傳統共沉淀法中二價鐵和三價鐵的混合液或鐵鹽和無機鹽混合液或鐵鹽、無機鹽與乙醇的混合液，本發明僅利用單一的三價鐵鹽作為磁性前驅液；(2)采用低溫水熱法同步完成生物碳基吸附材料的制備和賦磁過程；(3)原料來源廣泛，木質纖維素類生物質或者來源于植物的淀粉類生物質均可作為生物碳原料。本發明方法通用性強、可控性好、工藝簡單、模板材料來源廣泛且成本低廉。
[0006]以下通過技術方案對本發明進行詳細說明:
[0007]第一步，超聲共混負載工藝:
[0008]所述超聲共混負載工藝，是指:將烘干并粉碎后的木質纖維素類生物質和植物淀粉中的一種或多種混合后，加入到濃度為0.1?lmol/L的三氯化鐵前驅液中，生物質添加量為Ig?10g/100mL上述三氯化鐵溶液，混勻后超聲功率500W處理0.5h?2h。
[0009]所述的木質纖維素類生物質為玉米芯、稻殼、木屑、甘蔗渣、水稻秸桿、高粱秸桿、棉花秸桿、大豆秸桿以及玉米秸桿中的一種或幾種混合物；所述植物淀粉為普通玉米淀粉、臘質玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉中的一種或幾種混合物。
[0010]所述的玉米芯、農業秸桿、稻殼、木屑、甘蔗渣等木質纖維素類生物質是在60?105°C烘干后進行粉碎，粉碎后過100目篩。
[0011]所述的三氯化鐵前驅液是將FeCl3.6H20溶于水制得。
[0012]第二步，堿沉淀:
[0013]所述的堿沉淀，是指:是將第一步得到的混合物加入一定量的NaOH固體并劇烈攪拌混勻，所添加的NaOH的質量為0.02?0.05g/mL上述生物質分散液。
[0014]第三步，低溫水熱碳化賦磁工藝:
[0015]所述的低溫水熱碳化賦磁工藝，是指將經第二步堿沉淀得到的混合物全部轉移至不銹鋼高壓反應釜中進行密封反應，反應溫度150-250°C，反應時間5-10h，過濾洗滌后烘干得到碳基磁性吸附材料。
[0016]本發明的原理和依據如下:通過超聲處理的方法增加生物質原料的可及度，促進三價鐵離子在生物質結構內的滲入和沉積，縮短浸潰時間，提高后繼碳化和賦磁效率。通過低溫水熱碳化的方法，在低溫下以水作為反應介質將生物質轉化成無定形碳，同時無定型碳的形成又將Fe3+部分還原，形成具有磁性的Fe3O4并包埋在生物碳的框架結構內，最終獲得具有磁性的吸附材料。
[0017]本發明針對兩類來源于植物的農業生物質(木質纖維素類和淀粉類)，提供了一種通用性強、工藝簡單、耗時少、可控性好的制備方法。以本發明方法制備的材料具有良好的磁性和吸附性能，特別是對于不同性質的染料具有較好的吸附效果，可用于水處理脫色、有機污染物的去除，在深度處理廢水及有毒氣體等環境治理、自清潔領域具有廣闊的應用前景。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明農業生物質碳基磁性吸附材料的制備流程圖
[0019]圖2為本發明制備的玉米芯碳基磁性吸附材料處理亞甲基藍廢水的效果圖。
[0020]圖3為實施例1中玉米芯制備的磁性吸附材料的XRD圖譜(以此表明吸附劑“碳基”和Fe3O4的結合，Δ:碳基(不定型碳)；0 =Fe3O4)0
圖4為實施例15中普通玉米淀粉制備的磁性吸附材料的XRD圖譜(以此表明吸附劑“碳基”和Fe3O4的結合，Δ:碳基(不定型碳)；0 =Fe3O4)0
圖5為實施例14中稻殼、木屑及高粱秸桿制備的磁性吸附材料的XRD圖譜(以此表明吸附劑“碳基”和Fe3O4的結合，Δ:碳基(不定型碳)；0 =Fe3O4)0
圖6為實施例22中高直鏈玉米淀粉、小麥淀粉及木薯淀粉制備的磁性吸附材料的XRD圖譜(以此表明吸附劑“碳基”和Fe3O4的結合，Δ:碳基(不定型碳)；0 =Fe3O4)0
圖7為玉米芯在220°C下未賦磁的水熱碳化產物的XRD圖譜(以此表明未賦磁的產物中只有“碳基”，Δ:碳基(不定型碳))
[0021]圖8為本發明實施例1制備的玉米芯碳基磁性吸附材料的EDX圖譜。
[0022]圖9為本發明實施例21制備的玉米芯和淀粉混合碳基磁性吸附材料的EDX圖譜。
【具體實施方式】
[0023]本發明有選擇地提供實施例，給出了詳細實施方案和具體操作過程，只為說明本發明的部分重要價值，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。
[0024]實施例1以玉米芯為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0025]收集本課題組實驗大田中的玉米芯，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的玉米芯粉，取4g玉米芯粉末加入到10mL0.lmol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了玉米芯粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了玉米芯粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.5g。
[0026]實施例2以稻殼為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0027]收集本課題組實驗大田中收割處理后的稻殼，清洗后于100°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的稻殼粉，取6g稻殼粉末加入到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲1.5h得到分散了稻殼粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了稻殼粉的FeCl3溶液中加入5g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料3.2g。
[0028]實施例3以小麥秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0029]收集本課題組實驗大田中的小麥秸桿，清洗后于105°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的小麥秸桿粉，取5g小麥秸桿粉末加入到10mL0.6mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了小麥秸桿粉的FeCl3分散溶液。超聲之后向分散了小麥秸桿粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應8h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.3g。
[0030]實施例4以木屑為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0031]將收集的木屑清洗后于100°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的木屑粉，取3g木屑粉末加入到10mLl.0moI/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了木屑粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了木屑粉的FeCl3溶液中加入2g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.Sg。
[0032]實施例5以玉米葉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0033]收集本課題組實驗大田中的玉米葉，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的玉米葉粉，取3g玉米葉粉末加入到10mL0.3mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了玉米葉粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了玉米葉粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.5g。
[0034]實施例6以甘蔗渣為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0035]收集本課題組實驗大田中的甘蔗渣，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的甘蔗渣粉，取3g甘蔗渣粉末加入到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲1.5h得到分散了甘蔗渣粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了甘蔗渣粉的FeCl3溶液中加入3g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.37g。
[0036]實施例7以水稻秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0037]收集本課題組實驗大田中的水稻秸桿，清洗后于80°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的水稻秸桿粉，取1g水稻秸桿粉末加入到10mL0.2mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲0.5h得到分散了水稻秸桿粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了水稻稻桿粉的FeCl3溶液中加入5g的NaOH,繼續500rmp轉速劇烈攪拌,然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應5h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料4.86g。
[0038]實施例8以高粱秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0039]收集本課題組實驗大田中的高粱秸桿，清洗后于80°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的高粱秸桿粉，取8g高粱秸桿粉末加入到10mL0.6mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了高粱秸桿粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了高粱秸桿粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料4.39g。
[0040]實施例9以棉花秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0041]收集本課題組實驗大田中的棉花秸桿，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的棉花稻桿粉，取6g棉花稻桿粉末加入到10mL0.8mol/L的FeCl3溶液中400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了棉花秸桿粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了棉花稻桿粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH,繼續500rmp轉速劇烈攪拌,然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于250°C反應5h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料3.27g。
[0042]實施例10以大豆秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0043]收集本課題組實驗大田中的大豆秸桿，清洗后于100°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的大豆秸桿粉，取3g大豆秸桿粉末加入到10mL0.3mol/L的？冗13溶液中，400 rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了大豆秸桿粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了大豆秸桿粉的FeCl3溶液中加入2g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.39g。
[0044]實施例11以玉米秸桿為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0045]收集本課題組實驗大田中的玉米秸桿，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的玉米秸桿粉，取5g玉米秸桿粉末加入到10mL0.4mol/L的？冗13溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了玉米秸桿粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了玉米秸桿粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.37g。
[0046]實施例12以玉米芯和稻殼為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0047]收集本課題組實驗大田中的玉米芯，清洗后于105°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的玉米芯粉。收集本課題組實驗大田中的稻殼，清洗后于105°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的稻殼粉。取2g玉米芯粉末和2g稻殼粉末加入到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應8h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.06g。實施例13以甘蔗渣和玉米秸桿的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0048]收集本課題組實驗大田中的甘蔗渣，清洗后90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的甘蔗渣粉。收集本課題組實驗大田中的玉米秸桿，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的玉米秸桿粉。取4g甘蔗渣粉末和2g玉米秸桿粉末加入到10mL0.3mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.89g。
[0049]實施例14以稻殼、木屑和高粱秸桿的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0050]收集本課題組實驗大田中收割處理后的稻殼，清洗后于100°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的稻殼粉。將收集的木屑清洗后于100°c烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的木屑粉。收集本課題組實驗大田中的高粱秸桿，清洗后于100°c烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的高粱秸桿粉。取2g稻殼粉、Ig木屑粉和3g高粱秸桿粉加入到10mL0.3mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.95g。
[0051]實施例15以普通玉米淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0052]將60°C下烘干的普通玉米淀粉以5g的量添加到10mL0.2mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了普通玉米淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了普通玉米淀粉的FeCl3溶液中加入3g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于150°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.29g。
[0053]實施例16以蠟質玉米淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0054]將60°C下烘干的蠟質玉米淀粉以4g的量添加到10mL0.3mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了蠟質玉米淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了蠟質玉米淀粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于180°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.86g。
[0055]實施例17以高直鏈玉米淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0056]將60°C下烘干的高直鏈玉米淀粉以6g的量添加到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲1.5h得到分散了高直鏈玉米淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了高直鏈玉米淀粉的FeCl3溶液中加入5g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.57g。
[0057]實施例18以馬鈴薯淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0058]將60°C下烘干的馬鈴薯淀粉以3g的量添加到10mL0.lmol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲0.5h得到分散了馬鈴薯淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了馬鈴薯淀粉的FeCl3溶液中加入3g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于150°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.28g。
[0059]實施例19以小麥淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0060]將60°C下烘干的小麥淀粉以5g的量添加到10mL0.6mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了小麥淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了小麥淀粉的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于180°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.35g。
[0061]實施例20以木薯淀粉為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0062]將60°C下烘干的木薯淀粉以4g的量添加到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了木薯淀粉的FeCl3溶液。超聲之后向分散了木薯淀粉的FeCl3溶液中加入3g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.83g。
[0063]實施例21以普通玉米淀粉和玉米芯的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0064]將60°C下烘干的普通玉米淀粉2g和105 °C下烘干玉米芯粉2g添加到10mL0.3mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲Ih得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入5g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料1.72g。
[0065]實施例22以高直鏈玉米淀粉、小麥淀粉和木薯淀粉的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0066]將60°C下烘干的高直鏈玉米淀粉lg、60°C下烘干的小麥淀粉3g和60°C下烘干的木薯淀粉2g添加到10mL0.2mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于200°C反應8h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.56g。
[0067]實施例23以棉花秸桿、木屑與高直鏈玉米淀粉的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0068]收集本課題組實驗大田中的棉花秸桿，清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的棉花秸桿粉；將收集的木屑清洗后于90°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的木屑粉。將Ig上述棉花秸桿粉、Ig上述木屑粉和6g在60°C下烘干的高直鏈玉米淀粉充分混勻，然后添加到lOOmLlmol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入5g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于220°C反應10h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料
3.98g0
[0069]實施例24以稻殼、高粱秸桿、馬鈴薯淀粉和木薯淀粉的混合物為生物質制備碳基磁性吸附材料
[0070]收集本課題組實驗大田中收割處理后的稻殼，清洗后于105°C烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的稻殼粉。收集本課題組實驗大田中的高粱秸桿，清洗后于105°c烘干并粉碎，粉碎后過100目篩并收集過篩的高粱秸桿粉。將Ig上述稻殼粉、Ig上述高粱秸桿粉、2g在60°C下烘干的馬鈴薯淀粉和2g在60°C下烘干的木薯淀粉充分混勻，然后添加到10mL0.5mol/L的FeCl3溶液中，400rmp轉速攪拌均勻后于500W超聲2h得到分散了混合粉末的FeCl3溶液。超聲之后向分散了混合粉末的FeCl3溶液中加入4g的NaOH，繼續500rmp轉速劇烈攪拌，然后轉移至水熱反應釜中并密封水熱反應釜，于240°C反應6h，反應結束后過濾并用去離子水反復洗滌得到磁性碳基吸附材料2.85g。
[0071]實施例25生物質磁性碳基吸附材料對染料的吸附性能評價
[0072]吸附試驗具體步驟:
[0073]1.分別取0.02g上述實施例制備的磁性吸附劑添加到1mL濃度為120mg/L的亞甲基藍溶液中。
[0074]2.將上述添加了磁性吸附劑的染料溶液置于振蕩器中震蕩30min，震蕩結束后，用磁場分離吸附劑，取上清液于分光光度計664nm測定吸光度，根據標準曲線計算出染料的殘留量。
[0075]3.磁性吸附材料吸附性能評價:
[0076]
【權利要求】
1.一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于:將生物質加入到三氯化鐵溶液中并充分混勻，混勻后超聲處理得到分散了生物質的三氯化鐵溶液；然后向分散了生物質的三氯化鐵溶液中加入NaOH并充分攪拌溶解得到經過NaOH處理的生物質分散液；最后將經過NaOH處理的生物質分散液轉移到不銹鋼高壓反應釜中，在150-250°C溫度條件下密封反應，反應之后洗滌烘干得到生物質碳基磁性吸附材料。
2.如權利要求1所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)超聲共混負載:將1~10g的干燥的生物質粉末加入到100 mL濃度為0.1-1 mo I/L的三氯化鐵溶液中，充分混勻后超聲處理0.5 h^2 h得到分散了生物質粉末的三氯化鐵溶液； 2)堿沉淀:向步驟1)所得的分散了生物質粉末的三氯化鐵溶液中加入一定量的NaOH固體并劇烈攪拌混勻得到經過NaOH處理的生物質分散液，所添加的NaOH固體質量與上述生物質分散液的比例為0.02、.05 g/mL ； 3)低溫水熱碳化賦磁工藝:將步驟2)所得的經過NaOH處理的生物質分散液全部轉移至不銹鋼高壓反應釜中并密封進行反應，反應溫度為150-250°C，反應時間5-10 h，反應之后過濾并充分洗滌后烘干得到生物質碳基磁性吸附材料。
3.如權利要求2所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于:步驟I)所述的生物質粉末為木質纖維素類生物質粉末和植物淀粉生物質粉末當中的一種或者幾種的混合物；且木質 纖維素類生物質粉末是木質纖維素類生物質經過6(T105°C干燥、粉碎并過100目篩的過篩粉 末；植物淀粉生物質粉末是植物淀粉生物質經過干燥之后的粉末。
4.如權利要求3所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于:所述木質纖維素類生物質包括玉米芯、稻殼、小麥秸桿、木屑、玉米葉、甘蔗渣、水稻秸桿、高粱秸桿、棉花秸桿、大豆秸桿以及玉米秸桿；所述植物淀粉生物質為普通玉米淀粉、蠟質玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉。
5.根據權利要求2所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于:步驟I)所述的0.1-1 mo I/L的三氯化鐵溶液是將FeCl3.6H20溶于水制得。
6.根據權利要求2所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述的超聲處理，超聲功率為500 W。
7.一種生物質碳基磁性吸附材料，其特征在于由權利要求1-6任意一項所述的一種生物質碳基磁性吸附材料的制備方法制備獲得。
8.權利要求7所述的一種生物質碳基磁性吸附材料在有機物吸附中的應用。
9.如權利要求8所述的一種生物質碳基磁性吸附材料在有機物吸附中的應用，其特征為:所述有機物為難降解有機染料。
10.如權利要求9所述的一種生物質碳基磁性吸附材料在有機物吸附中的應用，其特征為:所述難降解有機染料為亞甲基藍、剛果紅和甲基橙。
【文檔編號】C02F1/28GK104028214SQ201410128911
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】馬歡, 李家寶, 朱蘇文, 程備久, 劉偉偉, 薛娟 申請人:安徽農業大學