一种骨炭材料的制备方法、特异性吸附应用及吸附设备

1.本发明涉及骨炭材料技术领域，尤其涉及一种骨炭材料的制备方法、特异性吸附应用及吸附设备。


背景技术：

2.二氨基三苯甲烷类目标物如孔雀石绿，灿烂绿等广泛存在于纺织、造纸、食品和制药等多个工业部门，是最为重要的阳离子型有机物。然而，现有研究指出，孔雀石绿，灿烂绿等在溶液中的浓度高、可生化性差，容易和带负电的细胞膜表面相互作用并与细胞质结合，对人体的免疫系统和生殖系统造成重大损害，严重危及自然生态系统的平衡。因此，二氨基三苯甲烷类目标物成为公认的难处理有害物质之一。
3.目前二氨基三苯甲烷类目标物的处理技术主要包括凝聚法、膜过滤、电化学法、fenton法及生物法等。然而，这些方法中的大多数价格昂贵、操作复杂、非选择性吸附且效率低。吸附法由于其便于操作、能耗低、适用范围广、可再生、效率高等优点，已被证明是净化处理中简单且有前景的方法。活性炭含有巨大的比表面积，但由于其孔隙均为小于2nm的微孔结构，无法为分子体积较大的二氨基三苯甲烷类目标物提供足够的物理吸附空间，且活性炭需要高昂的生产和再生成本，限制了其应用可能。不同的生物炭材料如稻草、竹屑、木屑、玉米秸秆、果皮及污泥等对二氨基三苯甲烷类目标物具有一定的吸附效果，然而在生物炭的制备过程中一般需要进行改性处理，因此制备步骤繁琐、成本较高，容易引起新的环境危害，难以推广实际应用。


技术实现要素：

4.本发明提供一种骨炭材料的制备方法、特异性吸附应用及吸附设备，用以解决现有技术中活性炭作为吸附剂时生产成本高以及生物炭作为吸附剂时改性处理操作繁琐、吸附效果不佳的问题。达到了降低生产成本提高吸附效果的目的。
5.本发明提供一种骨炭材料的制备方法，包括：
6.s1、获取洁净、干燥且去除脂肪的畜禽骨碎；
7.s2、将畜禽骨碎放入管式炉中，并通入惰性气体排尽管式炉内的空气；
8.s3、对放入管式炉中的畜禽骨碎进行热解，升温速率为10℃/min，热解温度为500℃-900℃，保温时间大于或等于60min，得到固态热解产物；
9.s4、固态热解产物在惰性气体的保护下自然冷却至室温，将冷却后的固态热解产物进行研磨并过筛，得到骨炭粉。
10.根据本发明提供的骨炭材料的制备方法，s1包括：
11.s101、获取洁净的第一畜禽骨段，且第一畜禽骨段的长度为1cm-10cm；
12.s102、将第一畜禽骨段和适量的去离子水置于95℃-105℃的水浴锅中进行常压蒸煮，得到第二畜禽骨段；
13.s103、将第二畜禽骨段进行干燥处理，得到第三畜禽骨段；
14.s104、将第三畜禽骨段进行粉碎处理，得到畜禽骨碎。
15.根据本发明提供的骨炭材料的制备方法，惰性气体为氮气，且氮气在管式炉中的流速为100ml/min。
16.根据本发明提供的骨炭材料的制备方法，畜禽骨碎包括：牛骨、猪骨、羊骨、鸡骨和骆驼骨其中的一种或多种的混合。
17.本发明还提供一种骨炭材料的特异性吸附应用，如上所述的骨炭材料以浸渍方式用于对二氨基三苯甲烷类目标物特异性吸附的应用。
18.根据本发明提供的骨炭材料的特异性吸附应用，骨炭材料和二氨基三苯甲烷类目标物溶液的比例为1g:1l。
19.根据本发明提供的骨炭材料的特异性吸附应用，二氨基三苯甲烷类目标物溶液的质量浓度为1000mg/l，ph值为7
±
0.2；
20.骨炭材料和二氨基三苯甲烷类目标物的溶液的反应温度为25℃，反应时间为3h。
21.本发明还提供一种吸附设备，包括：第一吸附池、吸附单元和过滤网，其中，吸附单元有多个且环绕式排布在第一吸附池的内腔中，吸附单元可拆卸式安装在第一吸附池中；
22.吸附单元包括：滤网筒、骨炭饼和筒盖；骨炭饼有多个且由骨炭材料制成，沿滤网筒的轴向依次堆叠设置在滤网筒内，筒盖可拆卸式盖设在率网筒的开口端；
23.过滤网设置在由吸附单元所围成的第一区域内，且过滤网首尾相接形成由过滤网围绕的第二区域；
24.还包括进水管和溢流管，进水管贯穿第一吸附池的外壁并延伸至第二区域内，溢流管设置于第一吸附池的上部并贯穿第一吸附池的外壁且延伸至第一区域内；进水管上安装有第一电磁水阀；
25.还包括第二吸附池，溢流管的一端贯穿第二吸附池外壁并延伸至第二吸附池的内腔中，第二吸附池上还设置有出水管，出水管上安装有第二电磁水阀，第二吸附池内腔的底面端还转动设置有搅拌机构，搅拌机构上设置有骨炭材料；
26.吸附设备用于对二氨基三苯甲烷类目标物的吸附。
27.根据本发明提供的吸附设备，搅拌机构包括：波轮和骨炭条，波轮转动安装在第二吸附池的内腔底部并与外界驱动件连接，骨炭条有多根且沿波轮的周向均等分布在波轮上。
28.根据本发明提供的吸附设备，搅拌机构包括：旋转盘和骨炭环，旋转盘转动安装在第二吸附池的内腔底部并与外界驱动件连接；骨炭环有多个且直径均不相同；
29.旋转盘包括：底盘和挡环，底盘为网状结构，挡环有多个且直径均不相同；挡环均固定设置于底盘的上端面，形成以底盘圆心为圆心的多个同心环，相邻挡环之间能够嵌入相应直径大小的骨炭环。
30.本发明提供的骨炭材料的制备方法、特异性吸附应用及吸附设备，通过将畜禽骨作为生物炭的原材料，其原料来源广泛，易于获得；将畜禽骨放置于管式炉中进行热解改性，大幅度简化了传统生物炭改性处理的繁琐步骤，且性质稳定；通过以500℃-900℃的温度区间为热解温度，可以得到吸附效果更佳的生物骨炭。
31.通过将热解制备的生物骨炭材料应用于对二氨基三苯甲烷类目标物的处理，可以达到更好的吸附效果，其具有丰富的介孔结构和离子极性位点，可以特异性吸附二氨基三
苯甲烷类目标物，去除率接近100％，且制作成本低廉，易于推广应用。
32.通过在第一吸附池内环绕式排布多个吸附单元，可以对二氨基三苯甲烷类目标物的溶液进行充分的吸附净化；将其设置为可拆卸式，可以在骨炭材料吸附饱和后进行及时的更换。
33.通过将吸附单元设置为滤网筒、骨炭饼和筒盖的组合，可以实现骨炭饼的随时更换，以及通过放置骨炭饼的数量来控制骨炭质量与二氨基三苯甲烷类目标物溶液的比例。
34.通过筒形过滤网的设置，可以实现对二氨基三苯甲烷类目标物溶液的初步过滤，以便于吸附单元对二氨基三苯甲烷类目标物的充分吸附，不至于出现大颗粒物附着在吸附单元的外表面的情形，从而阻碍二氨基三苯甲烷类目标物溶液进入吸附单元内部。
35.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本发明提供的骨炭材料制备方法流程图；
38.图2是本发明提供的畜禽骨碎制备方法流程图；
39.图3是本发明提供的不同温度下制备的骨炭材料的sem对比图；
40.图4是本发明提供的骨炭材料对孔雀石绿废水的吸附量和去除率示意图；
41.图5是本发明提供的骨炭材料对灿烂绿废水的吸附量和去除率示意图；
42.图6是本发明提供的不同炭对孔雀石绿吸附量统计示意图；
43.图7是本发明提供的吸附设备立体结构示意图；
44.图8是本发明提供的吸附设备俯视结构示意图；
45.图9是本发明提供的吸附单元立体结构示意图；
46.图10是本发明提供的吸附单元纵向剖面结构示意图；
47.图11是本发明提供的吸附设备主视结构示意图；
48.图12是本发明提供的波轮立体结构示意图；
49.图13是本发明提供的旋转盘立体结构示意图；
50.图14是本发明提供的旋转盘与骨炭环安装示意图。
51.附图标记：
52.1、第一吸附池；101、第一区域；
53.2、吸附单元；201、滤网筒；202、筒盖；203、螺纹杆；204、骨炭饼；
54.3、过滤网；301、第二区域；
55.4、进水管；
56.5、溢流管；
57.6、第二吸附池；
58.7、搅拌机构；701、波轮；702、骨炭条；703、带轮；
59.704、旋转盘；7041、底盘；7042、挡环；7043、环形槽；
60.705、骨炭环；
61.8、出水管。
具体实施方式
62.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
63.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
64.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
65.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
67.下面结合图1至图12所示的实施例，描述本发明的技术方案：
68.实施例1
69.一种骨炭材料的制备方法，如图1所示，包括：
70.s1、获取洁净、干燥且去除脂肪的畜禽骨碎；
71.在本步骤中，可以理解的是，对畜禽骨的洁净方法有多种，在此不做限定，如剔除畜禽骨表面的结缔组织后用热水冲洗；对畜禽骨的去除脂肪的方法有多种，在此不做限定，如在水浴锅中加入去离子水进行蒸煮；对畜禽骨的干燥方法有多种，在此不做限定，如对蒸煮后的畜禽骨进行水分沥干，然后再置于恒温干燥箱中干燥24h。本步骤为畜禽骨的预处
理，使之成为符合热解标准的畜禽骨碎。
72.s2、将畜禽骨碎放入管式炉中，并通入惰性气体排尽管式炉内的空气；
73.在本步骤中，惰性气体优选为氮气，具体的，称取40g-50g的畜禽骨碎并置于石英舟中，该石英舟放于石英管中部并置于管式炉中，石英舟两边各放置1-2个炉塞；放置好后通入氮气20-30min，流速为100ml/min，最终排尽热解装置内的氧气。本步骤为热解前的准备。
74.s3、对放入管式炉中的畜禽骨碎进行热解，升温速率为10℃/min，热解温度为500℃-900℃，保温时间大于或等于60min，得到固态热解产物；
75.在本步骤中，热解温度可分别取500℃、600℃、700℃、800℃和900℃，以此来获得在不同温度下的固态热解产物；因为不同温度下的固态热解产物对同一二氨基三苯甲烷类目标物的特异性吸附效果不同。具体的吸附效果分析见下述实施例；不同温度下固态热解产物的扫描电镜图(sem)如图3所示。
76.s4、固态热解产物在惰性气体的保护下自然冷却至室温，将冷却后的固态热解产物进行研磨并过筛，得到骨炭粉。
77.在本步骤中，热解结束后s3中的固态热解产物在氮气保护下自然冷却至室温，收集该固态热解产物，并过40目筛，即得到骨炭粉并将其储存在样品瓶中，以备待用。
78.本发明实施例提供的骨炭材料的制备方法，通过将畜禽骨作为生物炭的原材料，其原料来源广泛，易于获得；将畜禽骨放置于管式炉中进行热解改性，大幅度简化了传统生物炭改性处理的繁琐步骤，且性质稳定；通过以500℃-900℃的温度区间为热解温度，可以得到吸附效果更佳的生物骨炭。
79.根据本发明实施例提供的骨炭材料的制备方法，如图2所示，上述s1可以包括以下具体步骤：
80.s101、获取洁净的第一畜禽骨段，且第一畜禽骨段的长度为1cm-10cm；
81.在本步骤中，以畜禽骨为原料，牛骨、猪骨、羊骨、鸡骨和骆驼骨其中的一种或多种的混合，在本实施例中优选为牛骨，首先去除肉和附着在骨头上的结缔组织，将其切至长度约5cm的第一畜禽骨段，之后对第一畜禽骨段进行洁净，该洁净方法在上述实施例中已经提及，即先剔除畜禽骨表面的结缔组织后用热水冲洗3次，去除表面血水和大部分脂肪；
82.s102、将第一畜禽骨段和适量的去离子水置于95℃-105℃的水浴锅中进行常压蒸煮，得到第二畜禽骨段；
83.在本步骤中，去离子水的料液比为0.5g/ml，并将第一畜禽骨段和适量的去离子水置于95℃水浴锅中常压蒸煮3h，得到第二畜禽骨段；
84.s103、将第二畜禽骨段进行干燥处理，得到第三畜禽骨段；
85.在本步骤中，将第二畜禽骨段先进行水分沥干，然后置于105℃的恒温干燥箱中干燥24h，进而得到第三畜禽骨段；
86.s104、将第三畜禽骨段进行粉碎处理，得到畜禽骨碎。
87.在本步骤中，采用切割式粉碎机将第三畜禽骨段进行粉碎，并过1mm筛，最终得到畜禽骨碎，并冷冻保存备用。
88.实施例2
89.本发明实施例还提供一种骨炭材料的特异性吸附应用，将上述骨炭材料以浸渍方
式用于对二氨基三苯甲烷类目标物的溶液特异性吸附的应用。
90.二氨基三苯甲烷类染料如孔雀石绿和灿烂绿等是环境中广泛存在且工业中最为重要的阳离子型染料，容易和带负电荷的细胞膜表面相互作用并与细胞质结合，会对人体的免疫系统和生殖系统造成重大损害。
91.故本发明实施例将针对骨炭材料在孔雀石绿和灿烂绿这两种二氨基三苯甲烷类染料水中的特异性吸附的应用进行具体说明。
92.1、骨炭材料在孔雀石绿废水中特异性吸附的应用
93.选取典型的二氨基三苯甲烷染料孔雀石绿为吸附目标物，采用实施例1提供的骨炭材料制备方法制备不同热解温度的骨炭材料并对比特异性吸附效果，步骤如下：
94.步骤一、用超纯水配制1000mg/l的孔雀石绿模拟废水，用氢氧化钠溶液和/或盐酸调节模拟废水溶液的ph值为7左右(因此会改变模拟废水的实际浓度)。
95.步骤二、分别称取20mg不同热解温度的骨炭材料于50ml锥形瓶中，并在锥形瓶中加入20ml上述配制好的孔雀石绿模拟废水，保证骨炭材料和模拟废水的比例为1g/l。将锥形瓶封口后置于25℃恒温水浴振荡器，转速设置为180r/min，反应时间为3h。
96.步骤三、采用紫外-可见分光光度计在618nm处测定孔雀石绿模拟废水反应前后的吸光度变化，计算初始浓度和平衡浓度，并根据公式(1)(2)分别计算骨炭材料对孔雀石绿的吸附量和去除率，结果如图4所示。
97.单位质量骨炭材料的吸附量qe(mg/g)与去除率r(％)按以下公式计算：
[0098][0099][0100]
式中，c0(mg/l)和ce(mg/l)分别为溶液的初始浓度和平衡浓度，v(l)为模拟废水的体积，m(g)为骨炭材料的质量。
[0101]
由图4可知，热解温度为500℃的骨炭材料对孔雀石绿的吸附量和去除率分别为539.79mg/g和79.49％，显著低于其他热解温度的骨炭材料；热解温度为700℃和800℃的骨炭材料吸附量和去除率达到最大值，吸附量约为680mg/g，去除率大于99.5％；热解温度为600℃和900℃的骨炭材料的吸附量和去除率略低，分别约为675mg/g和98.9％。
[0102]
2、骨炭材料在灿烂绿废水中特异性吸附的应用
[0103]
与上述孔雀石绿废水中应用的实验方法的不同之处在于，选用另一典型的二氨基三苯甲烷染料灿烂绿为吸附目标物，其他条件均相同，测定吸附前后模拟废水中灿烂绿的浓度变化，结果如图5所示。由图5可知，骨炭材料对灿烂绿的吸附量随热解温度的升高先增大后减小，热解温度为700℃，骨炭材料的吸附量和去除率最大，分别为801.88mg/g和99.73％；热解温度为500℃和900℃的骨炭材料吸附量接近755mg/g，去除率约为93.5％；热解温度为600℃和800℃的骨炭材料吸附量和去除率属于中间值，分别约为785mg/g和97.5％。
[0104]
由上述实验结果可得出，在700℃和800℃的温度下制备的骨炭材料对二氨基三苯甲烷类目标物的溶液特异性吸附的效果最佳，去除率接近100％。
[0105]
实施例3
[0106]
本实施例提供骨炭材料与生物炭、活性炭的基本化学特性和孔隙特征对比。
[0107]
在本实施例中，对比分析了不同来源炭吸附剂(骨炭、秸秆生物炭和活性炭)的基本化学特性和孔隙结构特征。方法步骤如下：
[0108]
步骤一、采用实施例1中提供的骨炭材料制备方法分别制备热解温度为700℃的猪骨炭(bbc)和牛骨炭(pbc)；采用实验室常规方法分别制备热解温度为700℃的小麦秸秆炭(wsbc)和水稻秸秆炭(rsbc)；分别购买吸附性能较优的椰壳活性炭(csac)和吸附性能一般的煤质活性炭(cac)，共获得6种不同来源的炭吸附剂，研磨后过40目筛。
[0109]
步骤二、分别采用元素分析仪、全自动工业分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、ph计及经典的boehm法获得不同来源炭吸附剂的基本化学特性。
[0110]
结果如表1所示，并利用物理吸附仪测定不同来源炭吸附剂的孔隙结构，结果如表2所示。由表1可知，相比于含有丰富碳元素的秸秆生物炭和活性炭来说，骨炭材料具有很高的灰分含量，这是其最突出的成分特征，这是因为骨炭材料的主要组成成分为无机矿物组分(ca
10
(po4)6(oh)2)。具体分析不同来源炭材料的元素组成可知，骨炭材料的矿质元素以ca、p为主；秸秆生物炭的k含量显著高于骨炭材料和活性炭；活性炭的元素c含量较高，而其他矿质元素含量均较低。煤质活性炭和其他吸附剂相比有较多的fe，且未检测出zn。分析不同来源炭材料浸提液的ph值可知，骨炭材料和秸秆生物炭的浸提液呈碱性，而活性炭浸提液ph值接近中性。由不同来源炭材料的表面含氧官能团含量可知，骨炭材料和秸秆生物炭的含氧官能团(ofgs)比活性炭更丰富，且猪骨炭的内酯基含量显著高于其他来源的炭材料。如表2所示，骨炭材料的比表面积和孔隙容量明显优于秸秆生物炭和煤质活性炭，但显著低于椰壳活性炭。分析平均孔径可知，骨炭材料、水稻秸秆生物炭和煤质活性炭的平均孔径在介孔范围内(2-50nm)，其中，骨炭材料的平均孔径约为9nm，水稻秸秆生物炭和煤质活性炭的平均孔径均小于骨炭材料，分别约为4.5nm和2.8nm。小麦秸秆生物炭和椰壳活性炭的平均孔径相差不大，且均在微孔范围内(小于2nm)。
[0111]
表1不同来源炭吸附剂的化学特性数据统计分析结果
[0112][0113][0114]
表2不同来源炭吸附剂的孔隙特征结果
[0115][0116]
实施例4
[0117]
本实施例提供骨炭材料与生物炭、活性炭对二氨基三苯甲烷染料的吸附效果对比。
[0118]
在本实施例中，选取典型的二氨基三苯甲烷染料孔雀石绿(500mg/l，ph＝7.0)为吸附目标物，对比不同来源的炭吸附剂(骨炭、秸秆生物炭和活性炭)对孔雀石绿模拟废水的吸附效果。方法步骤如下：
[0119]
采用实施例3中提供的6种不同来源的炭吸附剂，吸附条件与实施例2相同，测定并计算不同来源的炭吸附剂对孔雀石绿模拟废水的吸附量，结果如图5所示。由图5可知，牛骨炭和猪骨炭对孔雀石绿的吸附量相差不大，分别约为315.15mg/g和314.69mg/g；小麦秸秆炭和水稻秸秆炭对孔雀石绿的吸附量居中，分别约为214.59mg/g和261.64mg/g；椰壳活性
炭和煤质活性炭对孔雀石绿的吸附量最低，分别仅为56.86mg/g和45.39mg/g。
[0120]
因此可以得出，骨炭材料对二氨基三苯甲烷染料孔雀石绿的吸附量显著高于其他两种来源的炭吸附剂，分别约为秸秆生物炭的1.20-1.47倍和活性炭的5.54-6.94倍。
[0121]
实施例5
[0122]
本发明实施例还提供一种吸附设备，如图7-11所示，包括：第一吸附池1、吸附单元2和过滤网3，其中，吸附单元2有多个且环绕式排布在第一吸附池1的内腔中，吸附单元2可拆卸式安装在第一吸附池1中；
[0123]
吸附单元2包括：滤网筒201、骨炭饼204和筒盖202；骨炭饼204有多个且由骨炭材料制成，沿滤网筒201的轴向依次堆叠设置在滤网筒201内，筒盖202可拆卸式盖设在率网筒的开口端；
[0124]
过滤网3设置在由吸附单元2所围成的第一区域101内，且过滤网3首尾相接形成由过滤网3围绕的第二区域301；
[0125]
还包括进水管4和溢流管5，进水管4贯穿第一吸附池1的外壁并延伸至第二区域301内，溢流管5设置于第一吸附池1的上部并贯穿第一吸附池1的外壁且延伸至第一区域101内，进水管4上安装有第一电磁水阀。
[0126]
图7和图8示例了一种吸附设备的具体结构，其中，第一吸附池1外形为长方体结构，内部开设有圆柱形蓄水池，该第一吸附池1可用不锈钢弯折焊接而成，其表面可以根据需求涂装耐腐蚀涂层，也可以由砖块和水泥砌筑而成；在圆柱形蓄水池内壁上固定有上下两层管道卡箍，该管道卡箍用于对吸附单元2进行固定。
[0127]
图9和图10示例了一种吸附单元2的具体结构，其中，滤网筒201内轴向固定有一螺纹杆203，在螺纹杆203上套设有多个骨炭饼204，该骨炭饼204由上述骨炭材料制成，第一区域101的染料水会渗过滤网筒201，进入吸附单元2内部与骨炭饼204接触，进而被特异性吸附。当然在吸附单元2的底部可以设置一第一永磁体且n级向下，相应的在圆柱形蓄水池的底部环形阵列有多个第二永磁体且s级向上，如此便能实现对吸附单元2在竖直方向上的约束，卡箍则实现对吸附单元2在周向上的约束；当需要更换时，只需用力提升吸附单元2即可，提升力须大于第一永磁体和第二永磁体之间的吸力。在吸附单元2的上端螺纹连接有一筒盖202，该筒盖202内腔顶面端开设有一内螺纹盲孔，当筒盖202与滤网筒201紧密连接后，该内螺纹盲孔与螺纹杆203同样螺纹连接，以保证螺纹杆203的稳定性。
[0128]
过滤网3设置在由吸附单元2所围成的第一区域101内，且过滤网3首尾相接形成由过滤网3围绕的第二区域301；同时，进水管4贯穿第一吸附池1的外壁并延伸至第二区域301内。如此设置的目的在于，将二氨基三苯甲烷类目标物溶液先引入第二区域301内，然后使之先经过筒形过滤网3的初次过滤，由内向外散开，之后再进入吸附单元2内；如此可以实现将大颗粒物先过滤在第二区域301内，避免了对吸附单元2的堵塞；溢流管5设置于第一吸附池1的上部并贯穿第一吸附池1的外壁且延伸至第一区域101内。如此设置的目的在于，二氨基三苯甲烷类目标物溶液先与吸附单元2进行充分接触，然后通过溢流的方式进入第二吸附池6，可以更加充分的保证二氨基三苯甲烷类目标物溶液的初吸附。
[0129]
还包括第二吸附池6，溢流管5的一端贯穿第二吸附池6外壁并延伸至第二吸附池6的内腔中，第二吸附池6上还设置有出水管8，出水管8上安装有第二电磁水阀，第二吸附池6内腔的底面端还转动设置有搅拌机构7，搅拌机构7上设置有骨炭材料。
[0130]
如此设置的目的在于对二氨基三苯甲烷类目标物溶液的二次吸附。在搅拌机构7上设置骨炭材料可以对二氨基三苯甲烷类目标物溶液在搅拌的同时进行特异性吸附，使之净化程度更高。当然搅拌机构7的机构有多种，在此不做限定，如搅拌杆、叠螺叶片、波轮等。
[0131]
当然，在具体的应用过程中，本发明提供的吸附设备不仅仅局限于对二氨基三苯甲烷类目标物的特异性吸附，由于骨炭材料对氟化物、重金属离子、杂环呫吨类阳离子型有机物(如罗丹明b)、偶氮类阴离子型有机物(如日落黄)等也具有一定的吸附作用，故还可以向其内通入氟化物和重金属含量超标的溶液，或带有多种离子型有机物的溶液，如染料废水等，染料废水为综合性溶液废水，其主要来源于纺织、造纸、食品和制药等多个工业部门，成分复杂，种类繁多，年产量约7
×
105吨。有研究指出，10-50％的染料在染色结束后仍留在溶液中，其同样可生化性差、性质稳定且有致突变性，成为公认的难处理有害工业废水之一，严重危及自然生态系统的平衡。
[0132]
根据本发明实施例提供的吸附设备，上述搅拌机构7包括：波轮701和骨炭条702，波轮701转动安装在第二吸附池6的内腔底部并与外界驱动件连接，骨炭条702有多根且沿波轮701的周向均等分布在波轮701上。
[0133]
图12示例了一种波轮的具体结构，在波轮701的斜面上等角分布有多个骨炭条702，当然该骨炭条702也是通过骨炭材料制成，该波轮701通过转轴与带轮703同轴固接，带轮703则通过皮带与外界驱动电机连接。该波轮701的直径是第二吸附池6宽度的3/4，且波轮701在外界驱动电机的带动下以180r/min的转速旋转，为了使得二氨基三苯甲烷类目标物溶液与骨炭饼204以及骨炭条702进行充分的反应，可以启用上述的第一电磁水阀和第二电磁水阀，当第二吸附池6内的水位达到一定的高度时(可用水位传感器监测)，波轮701开始转动，同时第一电磁水阀和第二电磁水阀均关闭，如此可以保证第一吸附池1与第二吸附池6内的染料水不再流动，当反应3h后，波轮701停止转动，同时第一电磁水阀和第二电磁水阀均打开(上述动作可由单片机和控制器来完成，单片机可选用嵌入式单片机stm32)，外界的二氨基三苯甲烷类目标物溶液则会不断注入第一吸附池1，故第一吸附池1内的二氨基三苯甲烷类目标物溶液将继续溢流，第二吸附池6内的二氨基三苯甲烷类目标物溶液将排出。如此循环往复，便可以使二氨基三苯甲烷类目标物溶液得到净化。
[0134]
实施例6
[0135]
根据本发明实施例提供的吸附设备，如图13-14所示，除了上述实施例中以波轮方式设置搅拌机构7外，该搅拌机构7还可以包括：旋转盘704和骨炭环705，旋转盘704转动安装在第二吸附池的内腔底部并与外界驱动件连接；骨炭环705有多个且直径均不相同；
[0136]
旋转盘704包括：底盘7041和挡环7042，底盘7041为网状结构，挡环7042有多个且直径均不相同；挡环7042均固定设置于底盘7041的上端面，形成以底盘7041圆心为圆心的多个同心环，相邻挡环7042之间能够嵌入相应直径大小的骨炭环705。
[0137]
图13和图14中示例了一种旋转盘的具体结构，其中，底盘7041为金属网状结构，当然为了加强其强度可设置多个以旋转轴为中心的且做等角分布的金属网骨(图中未示出)，以此对整个底盘7041进行支撑，底盘7041则固定安装在金属网骨上，以保证其在旋转过程中不易变形；同时在底盘7041的上端面同心焊接有多个挡环7042，各挡环7042的厚度均相等，且内径均为等差数列，即各挡环7042之间形成的环形槽7043宽度相等，具体尺寸可根据实际需求灵活选择，在此不做限定；相应地，骨炭环705亦为等厚度且直径大小不同；在安装
时只需将提前用骨炭材料填制的骨炭环705镶嵌入相应的环形槽7043内即可，当然为了防止骨炭环705与挡环7042之间出现滑动，可以利用铁丝穿过底盘将骨炭环705与挡环7042扎牢、系紧，在更换骨炭环时，只需取下铁丝即可。
[0138]
该旋转盘704的旋转速率及时间同上，在此不做赘述。
[0139]
通过将搅拌机构7设置为以旋转盘704为基础的搅拌装置，可以提高骨炭材料对第二吸附池内目标物溶液的吸附效果，具体表现在：
[0140]
通过将底盘7041设置为网状结构，可以实现在对骨炭环705支撑的同时，目标物溶液可通过孔隙渗入并与骨炭环705的下表面接触；骨炭环705的上表面相较于波轮701上的骨炭条702具有更大的接触面积，进而进一步提升骨炭材料对目标物溶液的吸附效果。
[0141]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种骨炭材料的制备方法，其特征在于，包括：s1、获取洁净、干燥且去除脂肪的畜禽骨碎；s2、将所述畜禽骨碎放入管式炉中，并通入惰性气体排尽管式炉内的空气；s3、对放入管式炉中的畜禽骨碎进行热解，升温速率为10℃/min，热解温度为500℃-900℃，保温时间大于或等于60min，得到固态热解产物；s4、所述固态热解产物在惰性气体的保护下自然冷却至室温，将冷却后的所述固态热解产物进行研磨并过筛，得到骨炭粉。2.根据权利要求1所述的骨炭材料的制备方法，其特征在于，所述s1包括：s101、获取洁净的第一畜禽骨段，且所述第一畜禽骨段的长度为1cm-10cm；s102、将所述第一畜禽骨段和适量的去离子水置于95℃-105℃的水浴锅中进行常压蒸煮，得到第二畜禽骨段；s103、将所述第二畜禽骨段进行干燥处理，得到第三畜禽骨段；s104、将所述第三畜禽骨段进行粉碎处理，得到所述畜禽骨碎。3.根据权利要求1所述的骨炭材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气，且所述氮气在所述管式炉中的流速为100ml/min。4.根据权利要求1所述的骨炭材料的制备方法，其特征在于，所述畜禽骨碎包括：牛骨、猪骨、羊骨、鸡骨和骆驼骨其中的一种或多种的混合。5.一种骨炭材料的特异性吸附应用，其特征在于，如权利要求1-4任一所述的骨炭材料以浸渍方式用于对二氨基三苯甲烷类目标物特异性吸附的应用。6.根据权利要求5所述的骨炭材料的特异性吸附应用，其特征在于，所述骨炭材料和所述二氨基三苯甲烷类目标物的溶液的比例为1g:1l。7.根据权利要求6所述的骨炭材料的特异性吸附应用，其特征在于，所述二氨基三苯甲烷类目标物的溶液的质量浓度为1000mg/l，ph值为7
±
0.2；所述骨炭材料和所述二氨基三苯甲烷类目标物的溶液的反应温度为25℃，反应时间为3h。8.一种吸附设备，其特征在于，包括：第一吸附池、吸附单元和过滤网，其中，所述吸附单元有多个且环绕式排布在所述第一吸附池的内腔中，所述吸附单元可拆卸式安装在所述第一吸附池中；所述吸附单元包括：滤网筒、骨炭饼和筒盖；所述骨炭饼有多个且由骨炭材料制成，沿所述滤网筒的轴向依次堆叠设置在所述滤网筒内，所述筒盖可拆卸式盖设在所述率网筒的开口端；所述过滤网设置在由所述吸附单元所围成的第一区域内，且过滤网首尾相接形成由所述过滤网围绕的第二区域；还包括进水管和溢流管，所述进水管贯穿所述第一吸附池的外壁并延伸至所述第二区域内，所述溢流管设置于所述第一吸附池的上部并贯穿所述第一吸附池的外壁且延伸至所述第一区域内；所述进水管上安装有第一电磁水阀；还包括第二吸附池，所述溢流管的一端贯穿所述第二吸附池外壁并延伸至所述第二吸附池的内腔中，所述第二吸附池上还设置有出水管，所述出水管上安装有第二电磁水阀，所述第二吸附池内腔的底面端还转动设置有搅拌机构，所述搅拌机构上设置有骨炭材料；
所述吸附设备用于对二氨基三苯甲烷类目标物的吸附。9.根据权利要求8所述的吸附设备，其特征在于，所述搅拌机构包括：波轮和骨炭条，所述波轮转动安装在所述第二吸附池的内腔底部并与外界驱动件连接，所述骨炭条有多根且沿所述波轮的周向均等分布在所述波轮上。10.根据权利要求8所述的吸附设备，其特征在于，所述搅拌机构包括：旋转盘和骨炭环，所述旋转盘转动安装在所述第二吸附池的内腔底部并与外界驱动件连接；所述骨炭环有多个且直径均不相同；所述旋转盘包括：底盘和挡环，所述底盘为网状结构，所述挡环有多个且直径均不相同；所述挡环均固定设置于所述底盘的上端面，形成以所述底盘圆心为圆心的多个同心环，相邻所述挡环之间能够嵌入相应直径大小的所述骨炭环。

技术总结
本发明涉及骨炭材料技术领域，具体提供一种骨炭材料的制备方法、特异性吸附应用及吸附设备，其中，制备方法为：畜禽骨在氮气中进行热解，气氛流速为100ml/min，升温速率为10℃/min，热解温度为500℃-900℃，保温时间为60min，所得固态热解产物研磨后过筛；特异性吸附应用为：骨炭材料以浸渍方式用于对二氨基三苯甲烷类目标物吸附的应用，目标物初始浓度为1000mg/L，pH为7，吸附温度为25℃，吸附3h后目标物去除率接近100％；特异性吸附设备主要包括：第一吸附池、吸附单元、过滤网、第二吸附池和搅拌机构，其中，吸附单元及搅拌机构上设置有骨炭材料。本发明解决了现有技术中活性炭作为吸附剂时生产成本高以及生物炭作为吸附剂时改性处理操作繁琐、吸附效果不佳的问题。吸附效果不佳的问题。吸附效果不佳的问题。


技术研发人员：刘贤 李宇宇 魏保平 韩鲁佳 王梦妍 刘佳乐
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6