本發明屬于吸附劑制備領域，具體涉及一種鎂堿改性生物炭的制備方法及應用。

背景技術：

1、隨著工業化進程的快速發展，重金屬污染問題已經成為世界性環境難題，如何采用有效而又經濟的方式從廢水中去除重金屬離子已經成為目前亟待解決的問題。鉛和鎘是對環境和人體有毒的重金屬元素，其在自然環境中難以降解，且容易通過食物鏈富集在人體內，可在人體內蓄積并引起神經和腎臟疾病。因此，去除廢水中的有毒重金屬鎘和鉛至關重要。

2、去除廢水中重金屬的方式有多種，包括離子交換法、微生物法、膜處理技術以及吸附法等。在這之中，吸附法因其制備方法簡單、吸附性能優良而廣受青睞。目前各種類型的吸附劑已經被用于處理受污染水體，例如活性炭、氧化石墨烯、碳質納米纖維、金屬有機框架、膨潤土和生物炭。其中，生物炭因其來源廣泛、價格低廉而受到廣泛研究。

3、生物炭是富碳生物質在氧氣受限環境中熱降解產生的熱解碳化物，其孔隙結構發達。生物炭對無機和有機污染物的去除能力與生物炭的特性密切相關，如表面積、官能團、負電荷和陽離子交換能力，單純的生物炭對水中重金屬的吸附能力差主要就是歸因于其表面的官能團少和陽離子交換能力差等特性，但是生物炭生產成本低、環保，可以作為一種良好的載體。因此國內外的研究人員對生物炭做了諸多改性，包括表面氧化和功能化改性等方法，大多數的改性方法雖然對生物炭的理化性質有明顯的改變，但對水溶液中重金屬的去除效果依然不好。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供一種鎂堿改性生物炭及其制備方法和用途，該制備方法可以實現對薰衣草秸稈的資源化和減量化利用，不僅將薰衣草秸稈首次用于重金屬去除領域，同時對污水中的鎘和鉛具有顯著的吸附效果。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種鎂堿改性生物炭的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、s1、將農作物秸稈洗凈、烘干、剪碎。

5、s2、將s1所得農作物秸稈加入至鎂鹽溶液中，獲得混合液，常溫下攪拌。

6、s3、將氫氧化鈉溶液加入至s2所得混合液中，調節溶液ph值，常溫下攪拌后進行抽濾、烘干。

7、s4、將s3所得產物裝入瓷舟放至管式爐中，通入n2后進行熱解處理，冷卻后洗滌、烘干。

8、進一步的，s1所述秸稈為薰衣草秸稈，剪碎的薰衣草秸稈長度為2-3?cm。

9、進一步的，s2中所述薰衣草秸稈為10?g。

10、進一步的，s2中所述鎂鹽溶液為氯化鎂溶液，規格為200?ml，濃度為0.8?mol/l。

11、進一步的，s2中所述攪拌的條件為400?r/min磁力攪拌1?h。

12、進一步的，s3中所述氫氧化鈉溶液為5?mol/l。

13、進一步的，s3中所述調節溶液的ph至10-11。

14、進一步的，s3中所述攪拌的條件為500?r/min磁力攪拌2?h，烘干的條件為60℃、12h。

15、進一步的，s4中熱解處理過程中升溫速率為5?℃/min，氮氣流速為0.2?l/min。

16、進一步的，s4中熱解處理溫度為500-800℃，優選為700℃，恒溫時間為2?h。洗滌后的烘干條件為60℃、12?h。

17、本發明申請第二方面提供了一種鎂堿改性生物炭，該改性生物炭按照上述方法制得。

18、本發明申請第三方面提供了上述鎂堿改性生物炭在污水治理方面的應用。

19、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅作為示例性，并不能限制本發明申請。

20、本發明有益技術效果如下。

21、（1）本發明采用氯化鎂和氫氧化鈉進行改性，選用氫氧化鈉一方面可以增大生物炭的比表面積和孔隙率，另一方面氫氧化鈉與氯化鎂在水溶液中反應生成的氫氧化鎂可以均勻包裹在薰衣草秸稈上，在高溫時氫氧化鎂受熱分解產生氧化鎂，使氧化鎂負載在薰衣草秸稈生物炭上的概率更高；該制備過程中所選化學試劑價格低廉，制備過程中不會對環境造成污染或者危害，綠色環保，并且制備工藝簡單。

22、（2）本發明材料的原料來源于農林廢棄物，原料充足易于獲取。選用薰衣草秸稈制備生物炭，不僅開擴了薰衣草秸稈的應用范圍，同時減少了該農林廢棄物對環境可能造成的二次污染，可以降低其處理成本，能夠提高農林廢棄物資源化的高效利用。

23、（3）本發明對薰衣草秸稈這一農林廢棄物進行資源回收再利用制備的改性生物炭不僅擁有生物炭本身的優良特性：孔隙發達、較好的吸附選擇性、較快的吸附速率，且改性后生物炭的比表面積為原始生物炭的50倍，其上負載的氧化鎂金屬氧化物可以通過促進重金屬離子在生物炭表面的化學沉淀、陽離子交換等作用來促進材料對污水中鎘和鉛離子的吸附，負載氧化鎂的改性薰衣草秸稈生物炭能在較廣的ph范圍內對污水中的鎘和鉛達到一個很好的吸附效果，抗干擾能力強，且吸附效果為原始生物炭的8-10倍。

技術特征：

1.一種鎂堿改性生物炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將農作物秸稈洗凈、烘干、剪碎；將剪好的秸稈加入到鎂鹽溶液中，獲得混合物，在常溫下攪拌；將堿溶液加入至上一步所得混合物中，調節溶液ph值后在常溫下攪拌反應，抽濾、烘干，所得產物裝入瓷舟放至管式爐中，通入n2后進行熱解處理，冷卻后洗滌、烘干。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述秸稈為薰衣草秸稈，剪碎長度為2-3?cm。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，加入到鎂鹽溶液中的秸稈的質量為10g，所述鎂鹽溶液的濃度為（0.1-1）?mol/l。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鎂鹽溶液為氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂溶液中的一種或幾種。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述堿溶液為氫氧化鈉溶液，濃度為（2-5）?mol/l，調節溶液的ph至（10-11）。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，熱解處理過程中升溫速率為5?℃/min，氮氣流速為0.2?l/min。

7.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，熱解處理溫度為500-800℃，恒溫時間為2?h。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，洗滌后的烘干條件為60℃。

9.一種鎂堿改性生物炭，其特征在于，按照權利要求1至8任一項所述的制備方法制得。

10.一種如權利要求9所述的鎂堿改性生物炭在污水處理技術中的應用。

11.根據權利要求10所述的應用，其特征在于，所述污水為含鎘或鉛的污水。

技術總結
本發明公開了一種鎂堿改性生物炭的制備方法及應用，涉及污水處理技術領域。具體為選擇鎂、堿對生物炭進行改性，該方法能顯著增大生物炭的比表面積、陽離子交換容量以及表面沉淀的能力，并使氧化鎂成功的負載在生物炭的表面和孔隙中，改性后的生物炭對污水中的鎘和鉛具有很強的吸附能力，在較廣的pH下性能穩定，該改性方法簡單，價格低廉。

技術研發人員：吳釗峰,張國捷,曹柏寧,聶銘儀
受保護的技術使用者：新疆大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24