一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111948346A(43)申请公布日2020.11.17(21)申请号202010805211.8G06F17/18(2006.01)(22)申请日2020.08.11(71)申请人江苏省地质工程勘察院地址210012江苏省南京市雨花台区安德门大街11号申请人东南大学(72)发明人郭华张亚平施春华陈振焱胡超(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人朱少华(51)Int.Cl.G01N33/00(2006.01)G01N1/28(2006.01)G01N1/30(2006.01)G01N1/44(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法(57)摘要本发明公开了一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，包括如下步骤：(1)生物质的制备；(2)单因素试验：以生物质粒径、浸渍比、热解温度和热解时间为主要变量，将生物质原料置于氮气气氛下的管式炉中进行高温热解获得的生物炭进行单因素试验，并计算生物炭的产率；(3)响应曲面优化方法：根据单因素试验结果，利用Designexpert8.0软件根据Box‑Behnken设计原则进行实验设计，建立二次多元回归模型方程：(4)利用Designexpert8.0软件根据二次多元回归模型方程进行绘图分析自变量和响应值的关系，得到回归方程的响应曲面图，确定生物炭最优制备工艺。本发明制备方法简单，可操作性强，利用响应曲面法优化生物炭的制备工艺，能够保证在生物炭产率较高的情况下达到溶液中镉的高效去除目的，实现了经济性CN111948346A和高效性的双重目标。CN111948346A权利要求书1/2页1.一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)生物炭的制备：收割农作物秸秆，经过洗涤、烘干、破碎并过筛后得到生物质原料，将生物质原料通过活化剂进行浸渍处理，然后过滤并烘干；将生物质原料置于氮气气氛下的管式炉中进行高温热解获得生物炭；(2)单因素试验：以生物质粒径、浸渍比、热解温度和热解时间为主要变量，对制备的生物炭吸收溶液中的镉进行单因素试验，并计算生物炭的产率；(3)响应曲面优化方法：根据单因素试验结果，利用Designexpert8.0软件根据Box-Behnken设计原则进行实验设计，以生物质粒径X1、浸渍比X2、热解温度X3和热解时间X4为自变量，以生物炭产率(Y1)和镉的去除率(Y2)为响应值，建立二次多元回归模型方程：Y1＝+40.02-0.81*X1+0.021*X2-1.31*X3-0.65*X4-0.12*X1*X2-0.31*X1*X3+0.25*X1*X4+1.00*X2*X3-0.56*X2*X4Y2＝+52.49+1.66*X1+0.49*X2-0.78*X3+1.00*X4-3.53*X1*X2-0.53*X1*X3+1.22*X1*X4+22224.18*X2*X3+0.38*X2*X4+0.050*X3*X4-4.92*X1-0.13*X2-2.38*X3-2.40*X4(4)利用Designexpert8.0软件根据二次多元回归模型方程进行绘图分析自变量和响应值的关系，得到回归方程的响应曲面图，确定生物炭最优制备工艺。2.根据权利要求1所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中制备生物炭所选取的生物质原料为柳木。3.根据权利要求2所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述柳木制备生物质原料时的烘干温度为60-90℃，过筛粒径为20-100目。4.根据权利要求1所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述生物质原料通过活化剂ZnCl2进行浸渍处理。5.根据权利要求4所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述活化剂ZnCl2浸渍生物质原料的时间为48h，烘干温度为60-90℃。6.根据权利要求4所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述生物质原料浸渍中活化剂与生物质原料的比例为0.5-2.5∶1(w/w)。7.根据权利要求1所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述单因素实验中的热解温度为450-750℃，热解时间为0.5-2h。8.根据权利要求1所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述单因素实验中的升温速率为15℃/min，热解气速为0.5L/min。9.根据权利要求1所述的一种去除溶液中镉的生物炭制备的响应曲面优化方法，其特征在于：所述单因素实验中生物炭的产率采用以下方法计