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利用茶渣制備生物炭材料的方法及其在農(nóng)藥吸附中的應(yīng)用

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月08日 07:35

本發(fā)明涉及吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用茶渣制備生物炭材料的方法及其在農(nóng)藥吸附中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

茶樹是我國的重要經(jīng)濟(jì)作物之一，福建是我國主要產(chǎn)茶大省之一。據(jù)統(tǒng)計，2019年國內(nèi)茶葉年消費量達(dá)到202.56萬噸，較2018年增長11.50萬噸，增幅為6.02％，茶葉加工產(chǎn)生的廢棄物占比逐漸增大，在生產(chǎn)過程中茶枝、茶梗、茶灰、茶渣等大量堆積導(dǎo)致了資源的浪費，增加了處理的成本及環(huán)境污染。而利用茶渣制備生物炭可以進(jìn)行資源的循環(huán)利用，達(dá)到變廢為寶的目的，符合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

茶渣中含有大量的有機碳、氮源和多種抗氧化物質(zhì)，人們一般將其用于肥料和飼料，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，更有甚者研究了蛋白酶法提取茶渣中蛋白質(zhì)的工藝，結(jié)果顯示堿性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶提取效果較好。利用茶渣制備生物炭是一種新型的處理方法。

生物炭是富碳有機質(zhì)的生物質(zhì)在一定溫度下(300～700℃)，在無氧或缺氧條件下通過熱處理得到的固體殘留物。生物質(zhì)炭一般呈堿性，ph值為7.0～10，且裂解溫度越高ph越高，并且它在熱解過程中會產(chǎn)生一定量的灰分。生物炭的組成和結(jié)構(gòu)與其制備的溫度有所關(guān)系，溫度越高其結(jié)構(gòu)孔徑越細(xì)；并且生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附性能好，比表面積增大，有利于吸附農(nóng)藥，減少農(nóng)藥的殘留；生物炭接觸空氣后形成部分含氧官能團(tuán)，使離子交換能力變強，提高吸附能力。然而，當(dāng)前關(guān)于茶渣制備生物炭的研究，對其改善農(nóng)藥殘留還少有關(guān)注，特別是對雙草醚的吸附報道更少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種實施可靠、成本低且能夠資源化利用茶渣廢料的利用茶渣制備生物炭材料的方法及其在農(nóng)藥吸附中的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種利用茶渣制備生物炭材料的方法，其包括如下步驟：

(1)以茶渣作為原料，將其烘干處理后，再對其進(jìn)行粉碎處理，然后將粉碎處理獲得的物料進(jìn)行篩選處理后，獲得預(yù)處理茶渣；

(2)將預(yù)處理茶渣置于650～750℃環(huán)境下進(jìn)行熱解處理110～130min，其中，熱解處理過程中還持續(xù)通入保護(hù)氣體，令預(yù)處理茶渣在保護(hù)氣體氛圍下熱解處理，物料冷卻后，獲得熱解物料；

(3)將熱解物料進(jìn)行研磨處理，制得茶渣生物炭材料。

作為一種可能的實施方式，進(jìn)一步，步驟(1)中，利用粉碎機對茶渣進(jìn)行粉碎處理，且粉碎處理后的物料經(jīng)60目篩網(wǎng)過篩處理后，獲得預(yù)處理茶渣。

作為一種可能的實施方式，進(jìn)一步，步驟(2)中，所述的預(yù)處理茶渣置于剛玉鍋中，然后放置于管式爐內(nèi)進(jìn)行熱解處理。

作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，步驟(2)中，預(yù)處理茶渣的熱解處理溫度為700℃，熱解處理時長為120min。

作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，所述的保護(hù)氣體為氮氣。

作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，步驟(3)中，所制得的茶渣生物炭材料的比表面積為5.35m2/g。

基于上述制備方法，本發(fā)明還提供基于上述所述的方法制備所得的茶渣生物炭材料在農(nóng)藥吸附中的應(yīng)用。

作為一種可能的實施方式，進(jìn)一步，所述的農(nóng)藥含有雙草醚。

作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，所述雙草醚的含量為100mg/l。

作為一種較優(yōu)的實施選擇，優(yōu)選的，所述茶渣生物炭材料對雙草醚的吸附量為3.13mg/g。

由于我國的茶葉產(chǎn)量大，品種多，利用范圍廣，茶渣中含有大量的纖維素、蛋白質(zhì)、氨基酸、茶多酚和微量元素等組分，在肥料、飼料、日常生活如枕芯制作等方面有較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前關(guān)于茶渣制備生物炭的研究，對其改善農(nóng)藥殘留還少有關(guān)注，特別是對雙草醚的吸附報道更少。

采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有的有益效果為：

1、本方案制備的茶渣生物炭材料對除草劑的吸附有一定的吸附效果，經(jīng)驗證，其吸附量為3.13mg/g；

2、本方案茶渣生物炭材料合成簡便，原料來源簡單，價格低廉，綠色環(huán)保，比表面積大、社會經(jīng)濟(jì)效益高和較強吸附力的特點；

3、本方案拓展了茶渣廢棄物的應(yīng)用，為今后茶渣的處理方法及資源化利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本方案所制備的茶渣生物炭未研磨及水洗后研磨圖，其中，(a)為未研磨前狀態(tài)，(b)為研磨后狀態(tài)；

圖2為本方案所制備的茶渣生物炭的x-射線粉末衍射分析和掃描電鏡成像表征圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。特別指出的是，以下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。同樣的，以下實施例僅為本發(fā)明的部分實施例而非全部實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

茶渣生物炭材料的制備

一種利用茶渣制備生物炭材料的方法，其包括如下步驟：

(1)以茶葉渣作為制備生物炭的原料，干燥后通過粉碎機粉碎過60目篩，并保持干燥，獲得預(yù)處理茶渣；

(2)將干燥狀態(tài)的預(yù)處理茶渣置于剛玉鍋中，并放入到管式爐內(nèi)以700℃、持續(xù)通入n2的條件下進(jìn)行熱解處理120min，獲得熱解物料，其冷卻后如圖1(a)所示；

(3)將熱解物料研磨處理，制得茶渣生物炭材料(如圖1(b)所示)，然后置于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

材料表征

采用x-射線粉末衍射對上述制得的茶渣生物炭材料的晶型進(jìn)行表征，結(jié)果表明制備的生物炭為無定型態(tài)(圖2a)，并利用sem對其形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果表明，茶渣生物炭其表面產(chǎn)生孔道結(jié)構(gòu)，呈一定的褶皺帶狀(圖2b)。bet測定制備的茶渣生物炭的比表面積為5.35m2/g。

茶渣生物炭材料對雙草醚的吸附測試

(1)配置100mg/l雙草醚溶液100ml為母液；

(2)稱取0.05g所制得的茶渣生物炭材料加入到上述溶液中，在磁力攪拌器下進(jìn)行常溫攪拌；

(3)用2ml的針筒及水相針式0.22μm過濾該溶液；

(4)將得到的2ml溶液稀釋成20mg/l的溶液，利用紫外分光光度計(uv-vis)測定不同時間點時狀態(tài)下的吸光度，重復(fù)三次，取平均值。

(5)將測出的值帶入到標(biāo)準(zhǔn)曲線中換算成為相應(yīng)的濃度，計算吸附量。

經(jīng)過測定發(fā)現(xiàn)制備的生物炭對雙草醚的吸附效果較好，去除率為2.23％，吸附量為3.13mg/g。

以上所述僅為本發(fā)明的部分實施例，并非因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效裝置或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

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