一种磷改性生物质炭及其制备方法和在吸附溶液体系中的稀土离子中的应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115106058A(43)申请公布日2022.09.27(21)申请号202210570295.0C02F1/28(2006.01)(22)申请日2022.05.24C02F101/20(2006.01)(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人韩俊伟覃文庆魏徐一高雪松(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114专利代理师张伟(51)Int.Cl.B01J20/20(2006.01)B01J20/30(2006.01)B01J20/28(2006.01)C10B53/02(2006.01)C10B57/10(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种磷改性生物质炭及其制备方法和在吸附溶液体系中的稀土离子中的应用(57)摘要本发明公开了一种磷改性生物质炭及其制备方法和在吸附溶液体系中的稀土离子中的应用。该方法以农业废弃物为原料，经简单热解和磷酸根改性等步骤制得磷改性生物质炭。该磷改性生物质炭的表面具有丰富的含磷官能团和发达的孔隙结构能够从溶液中高选择性吸附稀土离子(如钆离子和钇离子等)，吸附率高于90％，受其他金属离子干扰小，且磷改性生物质炭的制备方法原料来源广泛，步骤简单，可以大规模生产。CN115106058ACN115106058A权利要求书1/1页1.一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：将生物质原料进行热解，得到生物质炭材料，将生物质炭材料与磷酸盐及水混合反应，即得。2.根据权利要求1所述的一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：所述生物质原料为秸秆、玉米、稻壳中至少一种。3.根据权利要求1所述的一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：所述热解条件为：在保护气氛下，于550～650℃温度下，热解40～80min。4.根据权利要求1所述的一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐包括中性磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢钾盐中至少一种。5.根据权利要求1或4所述的一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：磷酸盐与生物质炭材料的质量比为1:1～2:1；水与生物质炭材料的液固比为10mL:1g～15mL:1g。6.根据权利要求1所述的一种磷改性生物质炭的制备方法，其特征在于：所述反应的条件为：温度为70～80℃，时间为2～4h。7.一种磷改性生物质炭，其特征在于：由权利要求1～6任一项所述制备方法得到。8.权利要求7所述的一种磷改性生物质炭的应用，其特征在于：作为吸附材料应用于吸附溶液体系中的稀土离子。9.根据权利要求8所述的一种磷改性生物质炭的应用，其特征在于：所述稀土离子为钆离子和/或钇离子。10.根据权利要求8所述的一种磷改性生物质炭的应用，其特征在于：所述溶液体系的pH为5～8，稀土离子初始浓度为0.5～20mg/L，磷改性生物质炭的添加浓度为0.5～1g/L，吸附温度为室温，吸附时间为3～6h。2CN115106058A说明书1/5页一种磷改性生物质炭及其制备方法和在吸附溶液体系中的稀土离子中的应用技术领域[0001]本发明涉及一种吸附材料，特别涉及一种磷改性的生物质炭材料，还是涉及其制备方法，以及磷改性生物质炭用于吸附溶液中低浓度稀土离子的方法，属于稀土金属回收领域。背景技术[0002]稀土由镧系15种金属和钪、钇共同17种元素组成，被誉为“工业维生素”，在永磁、医疗、新能源和光电器件等行业得到广泛应用。先进稀土材料也是我国2030年在航空航天装备、海洋工程装备、生物医药及高性能医疗器械、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电子信息、国防军工等10个重点发展领域的关键支撑材料。而稀土资源作为全球公认的战略关键矿产，是一种不可再生资源。据美国国家地质调查局(USGS)2021年统计数据表明，全球稀土资源总储量1.2亿吨(以氧化物计)，而自然界中仅有不到4％稀土矿可用于工业生产。[0003]因此，从稀土开采，加工过程和废旧产品中回收稀土资源具有重要意义。稀土二次资源通常采用较为清洁高效的湿法冶金方式回收，如湿法回收废旧稀土荧光粉，湿法浸出稀土尾渣等。而稀土湿法回收二次资源的难点在于从低浓度的浸出液中分离与回收稀土。传统的沉淀过滤法和蒸发结晶法会消耗大量的试剂和高昂的能源消耗，效率低下，且成本高昂，不具经济性。此外，有机溶剂萃取法对稀土离子初始浓度也有一定要求，且对干扰离子选择性较差，同时也会产生大量有机废液。[0004]近年来，生物炭作为一种新兴吸附材料，因具有来源广泛，制备简单，成本低廉，环境污染小等特点被广泛应用于水体或土壤中重金属处理。其原理是利用生物质在热裂解后产生的空隙和表面官能团与重金属离子进行吸附。然而，采用生物炭对于低浓度的稀土回收还鲜有报