一种氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料、制备方法及应用与流程

1.本发明属于吸附材料技术领域，尤其涉及一种氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.目前，抗生素通常被用于治疗和预防细菌感染，在人类医学和兽医学中得到了广泛应用。但由于抗生素的无节制，随意的使用及抗生素本身具有环境持久性特点，抗生素在环境中累积并逐渐成为一种新型污染物。研究表明，不同地区的地表水、地下水、海水和甚至于土壤中均有抗生素被检出。抗生素具有生物毒性，能够通过复杂的转化和生物积累在环境中持续存在，由此产生的抗生素抗性基因和耐药菌会严重威胁人类和生态系统，抗生素的去除已经成为环境问题的焦点。
3.油茶在湖南是重要油料资源，产量很大，其副产物油茶壳目前主要被用作燃料，利用率低。油茶壳组成复杂，含有纤维素，半纤维素，木质素等成分，此类成分的农业废弃物具有良好的吸附作用，可以制成生物吸附材料。油茶壳可制作生物炭材料，但其本身对抗生素的吸附能力不足，限制了油茶壳生物炭在环境中的应用。因此，亟需一种新的油茶壳生物炭材料及其制备方法。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有利用油茶壳制作而成的生物炭材料本身对抗生素的吸附能力不足，限制了油茶壳生物炭在环境中的应用。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：有效的改善生物炭的技术还不成熟，很多方法的成本高，污染大，操作困难。
6.解决以上问题及缺陷的意义为：可以解决油茶壳的处理处置问题，增加油茶壳生物炭的比表面积和孔隙，增强油茶壳生物炭对四环素等污染物的吸附。这种方法操作简单，成本低，污染小。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料、制备方法及应用。
8.本发明是这样实现的，一种氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法，所述氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法包括以下步骤：
9.步骤一，对收集的油茶壳进行清洗，烘干，破碎，研磨，过筛制备前驱体；
10.步骤二，采用氨基磺酸溶液对步骤一制备得到的前驱体进行活化，放入烘箱105℃烘干至恒重；
11.步骤三，取适量步骤二制备得到的烘干样品于石英舟中移至管式炉内热解，得到氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料。
12.进一步，步骤一中，所述油茶壳清洗，烘干，磨碎后，过20～60目筛网。
13.进一步，步骤二中，所述对前驱体进行活化，包括：
14.将所述前驱体与氨基磺酸溶液混合，搅拌均匀，在常温条件下100rpm搅拌1～2h。
15.进一步，步骤二中，所述前驱体和氨基磺酸溶液的固液比为7：20，所述氨基磺酸的浓度为1～2mol/l。
16.进一步，步骤三中，所述石英舟管式炉内在n2的氛围下热解，n2流速为200ml/min。
17.进一步，步骤三中，所述热解升温速率为5℃/min，升至500～700℃保持2h。
18.进一步，步骤三中，所述热解后的生物炭要清洗，烘干，研磨过100目筛网。
19.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法制备得到的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料。
20.本发明的另一目的在于提供一种所述的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料在吸附水体中抗生素的应用，所述氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料在吸附水体中抗生素的应用方法，包括：
21.将氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料与含有抗生素的水体混合进行振荡处理，完成对水体中抗生素的吸附处理；所述氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料与含抗生素的水体的质量体积比为0.05g：50ml。
22.进一步，所述含抗生素的水体中，抗生素为四环素；所述抗生素的水体中四环素的初始浓度为100mg/l；所述振荡处理的温度为30℃；所述振荡处理的转速为150rpm；所诉振荡处理时间为24h。
23.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料，将收集的油茶壳清洗，烘干，破碎，研磨过筛制备改性前驱体，将破碎后的油茶壳与氨基磺酸水溶液混合，搅拌均匀至105℃下烘干至恒重；再将烘干后的样品体移至管式炉在n2的氛围下热解成生物炭材料。本发明制备得到的复合材料具有结构稳定、吸附能力强、生物兼容性好、实际应用价值高等优点，其制备方法具有工艺简单、容易操作、反应条件温和易控、成本低廉、耗能少、耗时短等优点。本发明制备得到的改性油茶壳生物炭材料能够用于吸附水体中抗生素，且吸附去除效果显著，在治理受污染水体方面也具有较高的应用价值，有着广泛的应用前景。
24.本发明从油茶壳生物质原料为改性起点，利用氨基磺酸溶液活化油茶壳生物质粉末为后续的热解进行前处理。热解后的生物炭材料相比于没处理的油茶壳生物质热解的生物炭材料具有更好的吸附抗生素的效果，与原始油茶壳生物质热解的生物炭相比，吸附性能提高了50％。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明实施例提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法流程图。
27.图2是本发明实施例提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭的表征sem图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
30.如图1所示，本发明实施例提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法包括以下步骤：
31.s101，对收集的油茶壳进行清洗，烘干，破碎，研磨，过筛制备前驱体；
32.s102，采用氨基磺酸溶液对s101制备得到的前驱体进行活化，放入烘箱45℃烘干至恒重；
33.s103，取适量s102制备得到的烘干样品于石英舟中移至管式炉内热解，得到氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料。
34.本发明提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法仅仅是一个具体实施例而已。
35.以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。本发明的实施例中，若无特别说明，所采用的工艺为常规工艺，所采用的设备为常规设备，且所得数据均是三次以上试验的平均值。
36.下面结合实施例对本发明作进一步描述。
37.实施例1
38.本发明实施例提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)对油茶壳进行清洗，烘干，破碎，研磨，过筛取20～60目油茶壳粉末。
40.(2)将35g步骤(1)中得到的油茶壳粉末分散于2mol/l的氨基磺酸溶液中，搅拌均匀，对油茶壳粉末进行活化处理，在常温下以转速100rpm搅拌1小时，等到氨基磺酸活化的油茶壳粉末。
41.(3)将30g氨基磺酸活化后的油茶壳粉末放置石英舟内移至管式炉在n2气的氛围下，n2气流速为200ml/l，热解升温速率为5℃/min，升至500～700℃保持2h。冷却至室温后，取出生物炭，清洗，烘干，研磨过100目筛网，得到氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料。
42.本发明实施例1中制得的氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料，其外观成黑色。在水溶液中先对于没改性的生物炭颜色更深。将本发明实施例1中制得的氨基磺酸改性的油茶壳生物材料放到扫描电子显微镜下观察，结果如图2所示。图2为本发明实施例1中制得的氨基磺酸改性的油茶壳生物炭材料的sem图。
43.实施例2
44.本发明实施例提供的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料在吸附水体中抗生素中的应用，具体为在吸附水体中四环素中的应用，包括以下步骤：按照氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料与水体(四环素水溶液)的质量体积比为0.05g：0.05l，称取两份实施例1制备的氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料，分别加入浓度为100mg/l的四环素水溶液(该溶液的体积为
50ml)中，混合均匀，避光条件于转速为150rpm、温度为30℃下进行恒温振荡处理24h，完成对四环素水溶液的处理。振荡处理结束后，静置沉淀，取上清液用紫外可见分光光度计测定四环素的浓度，并计算出氨基磺酸改性油茶壳生物炭材料对亚甲基蓝的吸附量，结果如表1所示。
45.以未经修饰的原始油茶壳生物炭作为对照，在相同的条件下用于吸附水体中的亚四环素。原始油茶壳生物炭对四环素的吸附量，结果如表1所示。
46.表1改性前后四环素的吸附量
[0047][0048]
本发明复合材料具有结构稳定、吸附能力强、生物兼容性好、实际应用价值高等优点，其制备方法具有工艺简单、容易操作、反应条件温和易控、成本低廉、耗能少、耗时短等优点。本发明改性油茶壳生物炭材料能够用于吸附水体中抗生素，且吸附去除效果显著，在治理受污染水体方面具有较高的应用价值，有着广泛的应用前景。
[0049]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。