專利名稱：一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方法。
(二)
背景技術(shù)：
黑碳(英文名Black Carbon)是環(huán)境中生物質(zhì)、石油和煤等不完全 燃燒生成的含碳芳香高聚產(chǎn)物，它包括于草木灰、焦炭、煤煙灰等成分之 中(Cornelissen, G" Gustafsson， Bucheli， T.D., Jonker, M.T.O., Koelmans, A.A" Noort, RC.M.V" Extensive Sorption of Organic Compounds to Black Carbon, Coal, and Kerogen in Sediments and Soils: Mechanisms and Consequences for Distribution, Bioaccumulation, and Biodegradation, ￡"v/raw. 5W. 7fec/mo/.， 2005， 6SW-6卵5 )。據(jù)估計(jì)，全球每年因燃燒生 成的BC有0.5-2.6億噸(Masiello, CA., Druffel, E.R.M., Black carbon in deep-sea sediments, 5We"ce, 7卯S， 2朋W〃-7973 )，其中絕大部分將進(jìn)入
土:l裏和沉積物環(huán)境。
國外有報(bào)道指出黑碳具有一定的比表面積和孔結(jié)構(gòu)特征，能夠用于 7jc體環(huán)境污染物的去除(Goldberg E. D., Black carbon in the environment : properties and distribution. John Wiley , New York, 1985 )。纟衣而/人土^泉和 沉積物中大量提取黑碳成分的想法并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)橥寥来嬖谄渌鼰o法有效 去除的成分、并且黑碳收率極低、操作繁瑣、過程費(fèi)用昂貴(Schmidt, M.W.I" Noack, A.G., Black Carbon in Soils and Sediments: Analysis, Distribution, Implications, and Current Challenges, G7o6a/ 5z.ogeoc/2em C^/^,20附M'777-793)。因此，尋找黑碳的廉價(jià)制備原料顯得十分重 要。
早在1998年，我國作物秸稈總量就高達(dá)7.9億噸，并以每年1千2 百萬噸的速度穩(wěn)步增長(鐘華平，岳燕珍，樊江文，中國作物秸稈資源及 其利用，,源//夢，2M3， 25: 62-67),長期以來我國農(nóng)村地區(qū)秸稈焚燒現(xiàn) 象十分普遍，盡管近年來政府出臺了相關(guān)措施限制各地秸稈的露天焚燒現(xiàn) 象，許多農(nóng)村地區(qū)依然將大量閑置秸稈作為生火做飯的燃料在家庭使用， 這使得草木灰出現(xiàn)了大量剩余。更重要的是，農(nóng)作物秸稈燃燒生成的草木 灰中黑碳的含量明顯高于環(huán)境土壤和沉積物中黑碳的平均含量，因而草木 灰可以成為提取制備黑碳的主要原料來源。
目前還未見有以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方 法，以充分利用大量的草木灰資源，并大大降低黑碳的生產(chǎn)成本。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方法，所述方法包括 (1)以濃度0.5 2.0mol/L的鹽酸溶液處理草木灰3 8次，每次2 6小時(shí)， 得到固體用去離子水充分洗滌后進(jìn)行下一步4喿作；此步驟可以去除草木灰 中的鐵、鋁、4丐等大部分金屬離子；洗滌必須充分，以保證體系中釣離子 的去除完全，以防止在步驟(2)中生成氟化鈣沉淀；(2)步驟(1 )所得 固體用含鹽酸0.25 1.0mol/L和氫氟酸0.25 1.0mol/L的混合酸溶液處理 3 8次，每次2 6小時(shí)，得到固體用去離子水沖洗至沖洗液pH呈中性； 此步驟可去除硅成分和剩余的金屬離子；洗滌需充分，以保證體系中鹽酸 和氫氟酸的去除完全；(3)步驟(2)所得固體烘干，碾磨、過篩，得到
較均勻的黑碳吸附材料。所述的固體通常在80 105。C條件下烘干，用 80-160目篩調(diào)整黑碳吸附材料的粒度，使用黑碳吸附材料粒度均勻。獲 得的黑碳吸附材料呈黑色粉末，并帶有金屬光澤，且性質(zhì)穩(wěn)定，顆粒細(xì)膩 (微米級)、具備高含碳量(大于80%)和高比表面積(約800~1100m2/g)， 可廣泛用于各類污染水體的污染物吸附去除。
所用鹽酸可采用工業(yè)廢鹽酸或商品鹽酸，所述氳氟酸可采用工業(yè)廢氫 氟酸或商品氫氟酸。從降低成本角度考慮，選用工業(yè)廢鹽酸和工業(yè)廢氫氟 酸對整體工藝無明顯影響，對最終生成的黑碳等級亦無明顯影響，處理后 的廢酸液仍具有強(qiáng)酸性，可作為下游化工企業(yè)的原料進(jìn)行后續(xù)利用。
優(yōu)選的，所述步驟(l)中鹽酸溶液體積為草木灰體積的1 5倍。所 述步驟(2)中混合酸溶液體積為草木灰體積的1~5倍。
所述步驟(1)中草木灰由下列任意一種或兩種以上的廢棄物經(jīng)燃燒 得到水稻、小麥、玉米、大麥、高粱或蘆葦，通常是用廢棄的農(nóng)作物的 秸稈經(jīng)燃燒后冷卻得到(使用時(shí)應(yīng)除去草木灰中未燃燒的秸稈、土壤顆粒、 石塊等雜質(zhì))。
具體的，所述方法如下
(1) 草木灰置于容器中，加入體積為草木灰體積1~5倍的 0.5 2.0mol/L鹽酸溶液，攪拌2 6小時(shí)，靜置、抽濾，取固體；
(2) 步驟(1)所得固體重復(fù)步驟(1 )步驟4 5次，得到的固體用 去離子水充分洗滌；
(3) 步驟(2)所得固體用1~5倍體積的含鹽酸0.25 1.0mol/L和氫 氟酸0.25~1.0mol/L的混合酸溶液浸沒，攪拌2 6小時(shí)，靜置、 抽濾，取固體；
(4) 步驟(3)所得固體重復(fù)步驟(3)的操作4 5次，得到的固體 用去離子水沖洗至沖洗液呈中性；
(5) 步驟(4)所得固體于80 105。C下烘干10-12小時(shí)，碾磨、過
80 160目篩，得到所述黑碳吸附材料。 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明方法為農(nóng)村大量剩余草木灰進(jìn) 行資源化處理提供了出路；同時(shí)，通過本發(fā)明方法獲得的黑碳吸附材料顆 粒細(xì)膩、具備高含碳量和高比表面積，且成本低廉，可廣泛用于各類污染 水體中污染物的吸附去除。
(四)


圖l為黑碳掃描電鏡圖；a:放大l萬倍；b:放大5萬倍； 圖2為草木灰的紅外光譜圖； 圖3為黑碳的紅外光譜圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述,但本發(fā)明的保護(hù)范圍
并不僅限于此
實(shí)施例1:
將商品濃鹽酸用去離子水稀釋，得到溶液A (鹽酸濃度為2mol/L); 將商品氫氟酸用去離子水稀釋，得到溶液B (氫氟酸濃度為2mol/L);將 溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中鹽酸和氫氟 酸濃度均為1 mol/L);
在10 L塑料桶中加入2 Kg水稻秸稈草木灰(紅外光譜圖見圖2 ), 緩慢機(jī)械攪拌下加入A溶液，調(diào)節(jié)固液體積比為1:4,室溫下機(jī)械攪拌4 小時(shí)；靜置后抽濾固液分離，所得液體收集待后續(xù)步驟一并處理，所得固
體用下一批次A溶液重復(fù)本步驟處理4次，最后用去離子水重復(fù)清洗5 次以去除草木灰中的鐵、鋁、鈣等大部分金屬離子；
將上一步驟得到的固體樣置于另一 IOL塑料桶內(nèi)，加入溶液C，調(diào) 節(jié)固液體積比1:4，室溫下機(jī)械攪拌5小時(shí)；靜置后抽濾固液分離，所得 液體收集待后續(xù)步驟一并處理。所得固體用下一批次C溶液重復(fù)本步驟 再處理5次，最后用去離子水重復(fù)清洗所得固體直至濾液呈中性；
將上一步驟所得固體收集后105。C下烘干12小時(shí)，碾磨后過100目 尼龍篩，即得到最終黑碳吸附劑樣品，該樣品呈黑色粉末狀，并帶有金屬 光澤，其電鏡掃描照片見圖1,紅外光譜圖見圖3;含碳量為82.32%、 BET 比表面積為1083 m2/g。
以上各步驟所得廢酸液體(仍具有強(qiáng)酸性)統(tǒng)一收集，可作為下游化 工企業(yè)的原料進(jìn)行后續(xù)利用。
實(shí)施例2:
將工業(yè)廢鹽酸用去離子水稀釋，得到溶液A (鹽酸濃度為lmol/L); 將商品氫氟酸用去離子水稀釋，得到溶液B (氫氟酸濃度為lmol/L);將 溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中鹽酸和氫氟 酸濃度均為0.5mol/L);
在10 L塑料桶中加入1.5 Kg小麥秸稈草木灰，緩慢機(jī)械攪拌下加入 A溶液，調(diào)節(jié)固液體積比為1:3，室溫下機(jī)械攪拌6小時(shí)；靜置后抽濾固 液分離，所得液體收集待后續(xù)步驟一并處理。所得固體用下一批次A溶 液重復(fù)本步驟再處理4次，最后用去離子水重復(fù)清洗4次以去除草木灰中 的鐵、鋁、鈣等大部分金屬離子；
將上一步驟得到的固體樣置于另一 IOL塑料桶內(nèi)，加入溶液C,調(diào)
節(jié)固液體積比1:3，室溫下機(jī)械攪拌6小時(shí)；靜置后抽濾固液分離，所得 液體收集待后續(xù)步驟一并處理。所得固體用下一批次C溶液重復(fù)本步驟 再處理4次，最后用去離子水重復(fù)本步驟清洗所得固體直至濾液呈中性；
將上一步驟所得固體收集后80。C下烘干11小時(shí)，碾磨后過80目尼 龍篩，即得到最終黑碳吸附劑樣品，該樣品呈黑色粉末狀，并帶有金屬光 澤；含碳量為81.25%、 BET比表面積為967m2/g。
以上各步驟所得廢酸液體(仍具有強(qiáng)酸性)統(tǒng)一收集，可作為下游化 工企業(yè)的原料進(jìn)行后續(xù)利用。
實(shí)施例3:
將工業(yè)廢鹽酸用去離子水稀釋，得到溶液A(鹽酸濃度為0.5 mol/L); 將工業(yè)廢氫氟酸用去離子水稀釋，得到溶液B(氫氟酸濃度為0.5 mol/L); 將溶液A和溶液B按1:1的比例混合得到溶液C (混合溶液中鹽酸和氫 氟酸濃度均為0.25 mol/L);
在10 L塑料桶中加入2 Kg玉米秸稈草木灰，緩慢機(jī)械攪拌下加入A 溶液，調(diào)節(jié)固液體積比為1:5，室溫下機(jī)械攪拌5小時(shí)；靜置后抽濾固液 分離，所得液體收集待后續(xù)步驟一并處理。所得固體用下一批次A溶液 重復(fù)本步驟再處理4次，最后用去離子水重復(fù)清洗5次以去除草木灰中的 鐵、鋁、鈣等大部分金屬離子；
將上一步驟得到的固體樣置于另一 IOL塑料桶內(nèi)，加入溶液C,調(diào) 節(jié)固液體積比1:5，室溫下機(jī)械攪拌5小時(shí)；靜置后抽濾固液分離，所得 液體收集待后續(xù)步驟一并處理。所得固體用下一批次C溶液重復(fù)本步驟 再處理5次，最后用去離子水重復(fù)本步驟清洗所得固體直至濾液呈中性；
將上一步驟所得固體收集后95。C下烘干10小時(shí)，碾磨后過160目尼 龍篩，即得到最終的黑碳吸附劑樣品，該樣品呈黑色粉末狀，并帶有金屬
光澤；含碳量為80.44 %、 BET比表面積為851 m2/g。
以上各步驟所得廢酸液體(仍具有強(qiáng)酸性)統(tǒng)一收集，可作為下游化 工企業(yè)的原料進(jìn)行后續(xù)利用。
權(quán)利要求
1.一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方法，所述方法包括(1)以濃度0.5～2.0mol/L的鹽酸溶液處理草木灰3～8次，每次2～6小時(shí)，得到固體后，充分用去離子水洗滌進(jìn)行下一步操作；(2)步驟(1)所得固體用含鹽酸0.25～1.0mol/L和氫氟酸0.25～1.0mol/L的混合酸溶液處理3～8次，每次2～6小時(shí)，得到固體用水沖洗至沖洗液呈pH中性；(3)步驟(2)所得固體烘干，碾磨、過篩，得到所述黑碳吸附材料。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟(l)中鹽酸溶液體積 為草木灰體積的1 5倍。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中混合酸溶液體 積為草木灰體積的1 5倍。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中烘干溫度為 80 105°C。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2 )中過80-160目篩。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟(l)中草木灰由下列 任意一種或兩種以上的廢棄物經(jīng)燃燒得到水稻、玉米、高粱、小麥、 大麥、蕎麥、棉花、甘蔗。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述方法如下(1 )草木灰置于容器中，加入體積為草木灰體積1~5倍的0.5~2.0mol/L 鹽酸溶液，攪拌2 6小時(shí)，靜置、抽濾，取固體；(2)步驟(1)所得固體重復(fù)步驟(1)步驟4 5次，得到的固體用去 離子水充分洗滌；(3) 步驟(2)所得固體用1 5倍體積的含鹽酸0.25 1.0mol/L和氫氟 酸0.25-1.Omol/L的混合酸溶液浸沒，撹拌2 6小時(shí)，靜置、抽 濾，取固體；(4) 步驟(3)所得固體重復(fù)步驟(3)的才喿作4 5次，得到的固體用 去離子水沖洗至沖洗液呈中性；(5) 步驟(4)所得固體80 105。C下烘10 12小時(shí)，碾磨、過80 160 目篩，得到所述黑碳吸附材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以草木灰為原料提取制備黑碳吸附材料的方法，所述方法包括(1)以濃度0.5～2.0mol/L的鹽酸溶液處理草木灰3～8次，每次2～6小時(shí)，得到固體用去離子水充分洗滌后進(jìn)行下一步操作；(2)步驟(1)所得固體用含鹽酸0.25～1.0mol/L和氫氟酸0.25～1.0mol/L的混合酸溶液處理3～8次，每次2～6小時(shí)，得到固體用去離子水沖洗至沖洗液pH呈中性；(3)步驟(2)所得固體烘干，碾磨、過篩，得到較均勻的黑碳吸附材料。本發(fā)明方法為農(nóng)村大量剩余草木灰進(jìn)行資源化處理提供了出路；同時(shí)，通過本發(fā)明方法獲得的黑碳吸附材料顆粒細(xì)膩、具備高含碳量和高比表面積，且成本低廉，可廣泛用于各類污染水體中污染物的吸附去除。
文檔編號B01J20/30GK101337179SQ200810063688
公開日2009年1月7日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者盛光遙, 肖小雨, 邱宇平, 鄭珍芝 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)