一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法与流程

1.本发明属于生物炭技术领域，具体的说是一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法。


背景技术：

2.生物炭是一种利用废弃生物质材料经过高温裂解所制得的产物，其主要的成分为碳分子，且生物炭在农业上有着较为广阔的应用前景。
3.澳洲坚果又叫做夏威夷果，是一种营养价值较高的坚果，澳洲坚果壳作为加工副产物，其质地坚硬，可作为制备活性炭、生物炭等的原材料。
4.现有技术中，由于澳洲坚果种植面积及收获面积的激增，澳洲坚果产量也将成倍增长，加工后则会产生大量的澳洲坚果壳，部分废弃澳洲坚果壳会被制作为坚果壳生物炭，而现有技术中的原始澳洲坚果壳生物炭对水溶液中pb
2
以及cd
2
的吸附能力较差，导致原始澳洲坚果壳生物炭产品的品质相对较差。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，解决大量废弃澳洲坚果壳会被制作为坚果壳生物炭，而现有技术中的原始澳洲坚果壳生物炭对水溶液中pb
2
以及cd
2
的吸附能力较差，导致原始澳洲坚果壳生物炭产品的品质相对较差的问题，本发明提出的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
7.s1：将选取的废弃澳洲坚果壳风干一周后，置于烘箱中65℃烘干至恒重；
8.s2：选取适量烘干的澳洲坚果壳填满石英舟，并放入管式炉，在缺氧环境下热解处理，冷却至室温得到澳洲坚果壳生物炭；
9.s3：将澳洲坚果壳生物炭粉碎过筛，取粒径介于0.15mm
‑
1mm的生物炭材料干燥后密封存放备用；
10.s4：对s3制得的生物炭材料进行纳米氧化镁改性处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
11.优选的，所述s2中，管式炉内的缺氧环境具体为氮气持续保持在200sccm通气量，而热解澳洲坚果壳需要在缺氧环境下，保持500℃高温处理4
‑
6h，且管式炉内的高温需要保持升温速率为20℃/min。
12.优选的，所述s4中，纳米氧化镁改性处理方法包括以下步骤：
13.a1：按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)；
14.a2：利用不同氨水的加入量制备不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液；
15.a3：过滤混合均匀的澳洲坚果生物炭与纳米氢氧化镁浸渍液，得到生物炭材料；
16.a4：取a3制得的生物炭材料于烘箱中烘干至恒重，置于石英舟并放入管式炉进行
高温热解处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
17.优选的，所述a1中，按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液，其中加入1.0g烘干的澳洲坚果壳生物炭，需要加入100ml的1mol/l氯化镁溶液与0.42ml
‑
3.34ml的氨水(28wt％)混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)。
18.优选的，所述a2中，纳米氢氧化镁浸渍液的制备是按照氨水加入量0.42ml、0.84ml、1.67ml、3.34ml来设置不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液，并充分搅拌2h。
19.优选的，所述a4中，过滤后制得的生物炭材料，于烘箱中65℃下烘干至恒重。
20.优选的，所述a4中，管式炉中需要持续保持200sccm通气量的氩气，且管式炉内的温度需要保持在450℃，置于管式炉内的生物炭材料需要在450℃下处理3h。
21.优选的，所述a4中，管式炉内的温度，需要保持15℃/min的升温速率进行升温。
22.本发明的技术效果和优点：
23.本发明提供的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，通过利用传统方式处理废弃澳洲坚果壳，将其制备成澳洲坚果壳生物炭，针对澳洲坚果壳生物炭进行纳米氧化镁改性处理，制得纳米氧化镁负载生物炭，并使得澳洲坚果壳生物炭的质量得到进一步的提升，在一定程度上，提高了该种纳米氧化镁负载生物炭对水溶液中pb
2
以及cd
2
的吸附能力。
附图说明
24.下面结合附图对本发明作进一步说明。
25.图1是本发明中制备方法的流程图；
26.图2是本发明的生物炭材料的扫描电子显微镜图；
27.图3是本发明的生物炭材料对水溶液中pb
2
的吸附效果图；
28.图4是本发明的生物炭材料对水溶液中cd
2
的吸附效果图；
29.图5是本发明的纳米氧化镁负载生物炭mnb
‑
mgo
‑
1.67饱和吸附铅后的高倍tem
‑
eds图；
30.图6是本发明的纳米氧化镁负载生物炭饱和吸附镉后的高倍tem
‑
eds图。
具体实施方式
31.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
32.实施例一：
33.如图1至图6所示，本发明所述的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
34.s1：将选取的废弃澳洲坚果壳风干一周后，置于烘箱中65℃烘干至恒重；
35.s2：选取适量烘干的澳洲坚果壳填满石英舟，并放入管式炉，在缺氧环境下热解处理，冷却至室温得到澳洲坚果壳生物炭；
36.s3：将澳洲坚果壳生物炭粉碎过筛，取粒径介于1mm的生物炭材料干燥后密封存放备用；
37.s4：对s3制得的生物炭材料进行纳米氧化镁改性处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
38.作为本发明的一种实施方式，所述s2中，管式炉内的缺氧环境具体为氮气持续保持在200sccm通气量，而热解澳洲坚果壳需要在缺氧环境下，保持500℃高温处理5h，且管式炉内的高温需要保持升温速率为20℃/min。
39.作为本发明的一种实施方式，所述s4中，纳米氧化镁改性处理方法包括以下步骤：
40.a1：按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)；
41.a2：利用不同氨水的加入量制备不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液；
42.a3：过滤混合均匀的澳洲坚果生物炭与纳米氢氧化镁浸渍液，得到生物炭材料；
43.a4：取a3制得的生物炭材料于烘箱中烘干至恒重，置于石英舟并放入管式炉进行高温热解处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
44.作为本发明的一种实施方式，所述a1中，按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液，其中加入1.0g烘干的澳洲坚果壳生物炭，需要加入100ml的1mol/l氯化镁溶液与0.42ml
‑
3.34ml的氨水(28wt％)混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)。
45.作为本发明的一种实施方式，所述a2中，纳米氢氧化镁浸渍液的制备是按照氨水加入量0.42ml来设置不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液，并充分搅拌2h。
46.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，过滤后制得的生物炭材料，于烘箱中65℃下烘干至恒重。
47.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉中需要持续保持200sccm通气量的氩气，且管式炉内的温度需要保持在450℃，置于管式炉内的生物炭材料需要在450℃下处理3h。
48.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉内的温度，需要保持15℃/min的升温速率进行升温。
49.实施例二：
50.如图1至图6所示，本发明所述的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
51.s1：将选取的废弃澳洲坚果壳风干一周后，置于烘箱中65℃烘干至恒重；
52.s2：选取适量烘干的澳洲坚果壳填满石英舟，并放入管式炉，在缺氧环境下热解处理，冷却至室温得到澳洲坚果壳生物炭；
53.s3：将澳洲坚果壳生物炭粉碎过筛，取粒径介于1mm的生物炭材料干燥后密封存放备用；
54.s4：对s3制得的生物炭材料进行纳米氧化镁改性处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
55.作为本发明的一种实施方式，所述s2中，管式炉内的缺氧环境具体为氮气持续保持在200sccm通气量，而热解澳洲坚果壳需要在缺氧环境下，保持500℃高温处理5h，且管式炉内的高温需要保持升温速率为20℃/min。
56.作为本发明的一种实施方式，所述s4中，纳米氧化镁改性处理方法包括以下步骤：
57.a1：按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)；
58.a2：利用不同氨水的加入量制备不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液；
59.a3：过滤混合均匀的澳洲坚果生物炭与纳米氢氧化镁浸渍液，得到生物炭材料；
60.a4：取a3制得的生物炭材料于烘箱中烘干至恒重，置于石英舟并放入管式炉进行高温热解处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
61.作为本发明的一种实施方式，所述a1中，按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液，其中加入1.0g烘干的澳洲坚果壳生物炭，需要加入100ml的1mol/l氯化镁溶液与0.42ml
‑
3.34ml的氨水(28wt％)混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)。
62.作为本发明的一种实施方式，所述a2中，纳米氢氧化镁浸渍液的制备是按照氨水加入量0.84ml来设置不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液，并充分搅拌2h。
63.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，过滤后制得的生物炭材料，于烘箱中65℃下烘干至恒重。
64.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉中需要持续保持200sccm通气量的氩气，且管式炉内的温度需要保持在450℃，置于管式炉内的生物炭材料需要在450℃下处理3h。
65.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉内的温度，需要保持15℃/min的升温速率进行升温。
66.实施例三：
67.如图1至图6所示，本发明所述的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
68.s1：将选取的废弃澳洲坚果壳风干一周后，置于烘箱中65℃烘干至恒重；
69.s2：选取适量烘干的澳洲坚果壳填满石英舟，并放入管式炉，在缺氧环境下热解处理，冷却至室温得到澳洲坚果壳生物炭；
70.s3：将澳洲坚果壳生物炭粉碎过筛，取粒径介于1mm的生物炭材料干燥后密封存放备用；
71.s4：对s3制得的生物炭材料进行纳米氧化镁改性处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
72.作为本发明的一种实施方式，所述s2中，管式炉内的缺氧环境具体为氮气持续保持在200sccm通气量，而热解澳洲坚果壳需要在缺氧环境下，保持500℃高温处理5h，且管式炉内的高温需要保持升温速率为20℃/min。
73.作为本发明的一种实施方式，所述s4中，纳米氧化镁改性处理方法包括以下步骤：
74.a1：按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)；
75.a2：利用不同氨水的加入量制备不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液；
76.a3：过滤混合均匀的澳洲坚果生物炭与纳米氢氧化镁浸渍液，得到生物炭材料；
77.a4：取a3制得的生物炭材料于烘箱中烘干至恒重，置于石英舟并放入管式炉进行高温热解处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
78.作为本发明的一种实施方式，所述a1中，按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液，其中加入1.0g烘干的澳洲坚果壳生物炭，需要加入100ml的1mol/l氯化镁溶液与0.42ml
‑
3.34ml的氨水(28wt％)混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)。
79.作为本发明的一种实施方式，所述a2中，纳米氢氧化镁浸渍液的制备是按照氨水
加入量1.67ml来设置不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液，并充分搅拌2h。
80.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，过滤后制得的生物炭材料，于烘箱中65℃下烘干至恒重。
81.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉中需要持续保持200sccm通气量的氩气，且管式炉内的温度需要保持在450℃，置于管式炉内的生物炭材料需要在450℃下处理3h。
82.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉内的温度，需要保持15℃/min的升温速率进行升温。
83.实施例四：
84.如图1至图6所示，本发明所述的一种澳洲坚果壳生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
85.s1：将选取的废弃澳洲坚果壳风干一周后，置于烘箱中65℃烘干至恒重；
86.s2：选取适量烘干的澳洲坚果壳填满石英舟，并放入管式炉，在缺氧环境下热解处理，冷却至室温得到澳洲坚果壳生物炭；
87.s3：将澳洲坚果壳生物炭粉碎过筛，取粒径介于1mm的生物炭材料干燥后密封存放备用；
88.s4：对s3制得的生物炭材料进行纳米氧化镁改性处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
89.作为本发明的一种实施方式，所述s2中，管式炉内的缺氧环境具体为氮气持续保持在200sccm通气量，而热解澳洲坚果壳需要在缺氧环境下，保持500℃高温处理5h，且管式炉内的高温需要保持升温速率为20℃/min。
90.作为本发明的一种实施方式，所述s4中，纳米氧化镁改性处理方法包括以下步骤：
91.a1：按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)；
92.a2：利用不同氨水的加入量制备不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液；
93.a3：过滤混合均匀的澳洲坚果生物炭与纳米氢氧化镁浸渍液，得到生物炭材料；
94.a4：取a3制得的生物炭材料于烘箱中烘干至恒重，置于石英舟并放入管式炉进行高温热解处理，得到纳米氧化镁负载生物炭。
95.作为本发明的一种实施方式，所述a1中，按比例混合烘干的澳洲坚果壳生物炭、氯化镁溶液及氨水混合液，其中加入1.0g烘干的澳洲坚果壳生物炭，需要加入100ml的1mol/l氯化镁溶液与0.42ml
‑
3.34ml的氨水(28wt％)混合液(纳米氢氧化镁浸渍液)。
96.作为本发明的一种实施方式，所述a2中，纳米氢氧化镁浸渍液的制备是按照氨水加入量3.34ml来设置不同浓度梯度的纳米氢氧化镁浸渍液，并充分搅拌2h。
97.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，过滤后制得的生物炭材料，于烘箱中65℃下烘干至恒重。
98.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉中需要持续保持200sccm通气量的氩气，且管式炉内的温度需要保持在450℃，置于管式炉内的生物炭材料需要在450℃下处理3h。
99.作为本发明的一种实施方式，所述a4中，管式炉内的温度，需要保持15℃/min的升
温速率进行升温。
100.根据上述实施例一到实施例四制备的澳洲坚果壳生物炭ph值分别为：
101.mnb，8.73
±
0.69；
102.mnb
‑
mgo
‑
0.42，10.41
±
0.04；
103.mnb
‑
mgo
‑
0.84，10.23
±
0.02；
104.mnb
‑
mgo
‑
1.67，10.20
±
0.01；
105.mnb
‑
mgo
‑
3.34，10.18
±
0.02；
106.针对上述实施例一到实施例四制备的澳洲坚果壳生物炭的结果分析：
107.1、澳洲坚果壳生物炭的表面形貌sem结果分析：
108.根据图2－生物炭材料的扫描电子显微镜图；其中a指代澳洲坚果壳生物炭、b
‑
e分别指代实施例一到实施例四制备的纳米氧化镁负载生物炭sem图；
109.由图2
‑
a可知，澳洲坚果壳生物炭表面较为平整，无明显的结晶颗粒，而图2b
‑
e可观察到，纳米氧化镁负载生物炭上有明显的纳米颗粒，随着氨水量的增加，纳米颗粒的大小越来越大，且纳米颗粒的聚集程度越来越高。
110.2、澳洲坚果壳生物炭对铅镉的吸附效果：
111.根据图3－生物炭材料对水溶液中pb
2
的吸附效果图；其中原始澳洲坚果壳生物炭以及氨水的加入量分别为0.42ml、0.84ml、1.67ml、3.34ml的纳米氢氧化镁浸渍液制备的纳米氧化镁负载生物炭对水溶液中的pb2 的吸附量分别为4.53mg/g
‑1、139.9mg/g
‑1、242.1mg/g
‑1、234.6mg/g
‑1、240.4mg/g
‑1，与原始澳洲坚果壳生物炭相比，纳米氧化镁负载生物炭吸附水溶液中pb
2
的能力可提升30.8
‑
53.4倍。
112.根据图4－生物炭材料对水溶液中cd
2
的吸附效果图；其中原始澳洲坚果壳生物炭以及0.42ml、0.84ml、1.67ml、3.34ml氨水处理制备的纳米氧化镁负载生物炭对水溶液中的cd
2
的吸附量分别为4.35mg/g
‑1、48.93mg/g
‑1、151.1mg/g
‑1、163.0mg/g
‑1、199.8mg/g
‑1，与原始澳洲坚果壳生物炭相比，纳米氧化镁负载生物炭吸附水溶液中cd
2
的能力可提升11.2
‑
45.9倍。
113.3、澳洲坚果壳生物炭对铅镉的吸附效果tem
‑
eds结果分析：
114.根据图5－纳米氧化镁负载生物炭mnb
‑
mgo
‑
1.67饱和吸附铅后的高倍tem
‑
eds图、图6－纳米氧化镁负载生物炭饱和吸附镉后的高倍tem
‑
eds图；
115.对饱和吸附铅(pb)与镉(cd)后的纳米氧化镁负载生物质炭进行高倍透镜电子显微镜－x射线能量色散光谱(tem
‑
eds)测定，如图5和图6所示，结合tem的bf、haadf和df2图像以及c、mg和o的eds元素分布图分析可知，吸附pb和cd后纳米氧化镁负载生物质炭上的纳米氧化镁颗粒的球粒状(或方晶状)的形状保持完好，而从pb和cd的eds元素分布图可以看出，pb和cd的分布都与c和mg、o的分布高度重叠，即生物质炭壁及其表壁的纳米氧化镁能同时提供pb和cd的吸附位点以吸附富集两者。
116.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。