摘 要：本发明公开了一种苎麻叶硅基生物炭及其制备方法和应用，其以苎麻叶为原材料制备生物炭，首先制备苎麻叶粉末，并使用硅酸钠对苎麻叶粉末进行改性，然后在厌氧的环境下制备生物炭。利用本发明方法制备的苎麻叶硅基生物炭廉价易得，操作简便，对水体中重金属镉有较好的吸附效果，对于重金属污染水体有较好的修复作用。
技术要点
1.一种苎麻叶硅基生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，收集苎麻叶，洗净烘干；
步骤二，将烘干后的苎麻叶研磨成粉末；
步骤三，将苎麻叶粉末置于容器中，加入适量NaSiO3溶液，并机械搅拌30min，超声分散2h，置入水浴锅80℃条件下水浴恒温蒸干；
步骤四，将蒸干后的苎麻叶粉末置于马弗炉中，升温至500℃恒温1h制成生物炭，待冷却后取出，使用超纯水清洗生物炭，烘干，即制备生成苎麻叶硅基生物炭。
2.如权利要求1所述的苎麻叶硅基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤二中烘干后的苎麻叶需进行打分，并过80目筛。
3.如权利要求1所述的苎麻叶硅基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述苎麻叶粉末与NaSiO3(以纯硅质量计)的质量比为3:1。
4.如权利要求1所述的苎麻叶硅基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤四马弗炉中必须充氮气，且马弗炉按10℃·min-1的速率升温至500℃。
5.一种权利要求1－4中任一项所述苎麻叶硅基生物炭的制备方法制备的苎麻叶硅基生物炭。
6.一种权利要求1－4中任一项所述苎麻叶硅基生物炭的制备方法制备的苎麻叶硅基生物炭在重金属镉污染水体中的应用。
技术领域
本发明涉及一种苎麻叶硅基生物炭及其制备方法和应用。
背景技术
镉是一种毒性极强的重金属元素，植物吸收富集的镉会通过食物链和食物网进入人体，危害人体健康。由于地表水源重金属污染日趋严重，控制重金属对水体环境的污染已成为环境保护的重中之重。处理重金属水污染的方法主要有化学法、物理法和生物修复法三种。吸附法因其绿色经济、操作可行、便捷有效的特点而成为废水处理领域学术研究的重点问题。生物炭作为一种新型的吸附材料具有易于获取、价格低廉、无二次污染，用于重金属污染治理极具前景。因此，寻找一种清洁、安全、易于获取、价格低廉的的吸附材料，是当前重金属污染研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种清洁、安全、易于获取、价格低廉的，能处理重金属镉污染水体的苎麻叶硅基生物炭及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种苎麻叶硅基生物炭的制备方法包括以下步骤：
步骤一，收集苎麻叶，洗净烘干；
步骤二，将烘干后的苎麻叶研磨成粉末；
步骤三，将苎麻叶粉末置于容器中，加入适量NaSiO3溶液，并机械搅拌30min，超声分散2h，以保证苎麻叶粉末与NaSiO3溶液的均匀接触，之后，置入水浴锅80℃条件下水浴恒温蒸干；
步骤四，将蒸干后的苎麻叶粉末置于马弗炉中，升温至500℃恒温1h制成生物炭，待冷却后取出，使用超纯水清洗生物炭，烘干，即制备生成苎麻叶硅基生物炭。
相关研究表明，硅可以与Cd、As等重金属发生化学反应形成沉淀，对于重金属有优异的去除效果。本发明将自制的苎麻叶生物炭，同时使用硅酸钠进行改性，制备一种新型的苎麻叶硅基生物炭用于水体中重金属镉的去除，对于修复水体重金属镉污染具有重要意义，同时对苎麻的资源化利用提供重要的参考。
优选地，步骤二中烘干后的苎麻叶需进行打分，并过80目筛。
优选地，步骤三中所述苎麻叶粉末与NaSiO3(以纯硅质量计)的质量比为3:1。
优选地，步骤四马弗炉中必须充氮气，以保证马弗炉中的缺氧环境，且马弗炉按10℃·min-1的速率升温至500℃。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述苎麻叶硅基生物炭的制备方法制备的苎麻叶硅基生物炭。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述苎麻叶硅基生物炭的制备方法制备的苎麻叶硅基生物炭在重金属镉污染水体中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明对苎麻叶原材料进行硅基改性，使制备好的苎麻叶硅基生物炭较之传统的苎麻叶生物炭具有更好的重金属镉离子的吸附效果。
2、本发明使当前作为农业废弃物的苎麻叶得到了合理使用，为苎麻的资源化利用提供了参考依据。
附图说明
图1是本发明实施例1的苎麻叶硅基生物炭扫描电镜图；
图2是本发明实施例1的苎麻叶硅基生物炭在不同投加量条件下对水体中重金属吸附性能影响表征图；
图3是本发明实施例1的苎麻叶硅基生物炭在不同初始浓度下等温模型拟合状态表征图。
具体实施方式
实施例1：苎麻叶硅基生物炭的制备
本发明苎麻叶硅基生物炭的制备方法实施例一包括如下步骤：
步骤一，收集苎麻叶，洗净烘干；
步骤二，将烘干后的苎麻叶研磨成粉末并过80目筛；
步骤三，称取一定量的过筛后苎麻叶粉末置于烧杯中，按苎麻叶与NaSiO3(以纯硅质量计) 质量比为3：1加入适当的NaSiO3溶液，机械搅拌30min，超声分散2h，置入水浴锅80℃条件下水浴恒温蒸干；
步骤四，将蒸干后的苎麻叶粉末转移至坩埚置于马弗炉中，充入氮气，按10℃· min-1的速率升温至500℃并恒温1h，待坩埚冷却后取出，并使用超纯水清洗，烘干，即制备生成苎麻叶硅基生物炭；
步骤五，将烧制成功的苎麻叶硅基生物炭破碎后，研磨过筛，备用，并将苎麻叶硅基生物炭命名为S。
由图1所示的本实施例制备的苎麻叶硅基生物炭S扫描电镜图可知，苎麻叶硅基生物炭表面有更多的孔隙结构，且比表面积增大，同时其表面有较多絮状物，推测为硅的化合物，证明有硅负载于苎麻叶生物炭表面。
实施例2：投加量对水体中重金属的去除
取研磨过筛后的苎麻叶硅基生物碳，分别称取质量为0 .025、0 .05、0 .1、0 .2、0 .3g 置于50mL离心管中，加入30mL浓度为10mg·L-1的Cd2+溶液，用稀盐酸和稀氢氧化钠调节溶液的pH为6，在恒温培养振荡器中温度为298K的条件下，震荡8h，震荡结束转移至50mL离心管中，置于离心机离心15分钟，用滤纸过滤。每个处理三个平行，用石墨炉原子吸收分光光度法测量其滤液镉的含量。
由图2可知，在初始溶液一定时，生物炭对水中Cd2+的吸附量会随着投加量的增加而加大，最后达到恒定。
实施例2：等温吸附实验拟合称量11组0 .05g苎麻叶硅基生物炭材料，放入50ml锥形瓶中，加入不同初始浓度的镉含量的溶液30ml，分别加入1、5、10、15、30、60、100、120、150、200、225mg·L-1。用稀盐酸和稀氢氧化钠调节溶液pH为7，用水浴恒温振荡器在温度为298K的情况下,震荡8h ,达到吸附平衡后，用离心机离心15分钟，用定量滤纸过滤。每组做三个平行对照试验，用ICP-OES测量镉含量。
苎麻叶硅基生物炭的等温吸附模型拟合参数如表1所示，苎麻叶硅基生物炭在不同初始浓度下等温模型拟合状态如图3所示。由表1及图3可知，硅基生物炭的Langmuir模型的相关系数(R2＝0 .8237)大于Freundlich模型相关系数(R2＝0 .0 .7235) ，表明苎麻叶硅基生物炭对Cd2+的吸附数据更好的符合Langmuir等温模型，这说明苎麻叶硅基生物炭在吸附Cd2+的过程中以单分子层的吸附为主。
表1 等温吸附实验拟合参数
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
图1
图2
图3
摘自国家发明专利，发明人： 铁柏清，李丹阳，彭鸥，申请号202010846887.1，申请日2020 .08 .21
