利用茶渣制备生物炭材料的方法及其在农药吸附中的应用
本发明涉及吸附材料技术领域，尤其涉及利用茶渣制备生物炭材料的方法及其在农药吸附中的应用。
背景技术：
茶树是我国的重要经济作物之一，福建是我国主要产茶大省之一。据统计，2019年国内茶叶年消费量达到202.56万吨，较2018年增长11.50万吨，增幅为6.02％，茶叶加工产生的废弃物占比逐渐增大，在生产过程中茶枝、茶梗、茶灰、茶渣等大量堆积导致了资源的浪费，增加了处理的成本及环境污染。而利用茶渣制备生物炭可以进行资源的循环利用，达到变废为宝的目的，符合环境的可持续发展。
茶渣中含有大量的有机碳、氮源和多种抗氧化物质，人们一般将其用于肥料和饲料，提高产品的质量，更有甚者研究了蛋白酶法提取茶渣中蛋白质的工艺，结果显示碱性蛋白酶和复合蛋白酶提取效果较好。利用茶渣制备生物炭是一种新型的处理方法。
生物炭是富碳有机质的生物质在一定温度下(300～700℃)，在无氧或缺氧条件下通过热处理得到的固体残留物。生物质炭一般呈碱性，ph值为7.0～10，且裂解温度越高ph越高，并且它在热解过程中会产生一定量的灰分。生物炭的组成和结构与其制备的温度有所关系，温度越高其结构孔径越细；并且生物炭的孔隙结构发达、吸附性能好，比表面积增大，有利于吸附农药，减少农药的残留；生物炭接触空气后形成部分含氧官能团，使离子交换能力变强，提高吸附能力。然而，当前关于茶渣制备生物炭的研究，对其改善农药残留还少有关注，特别是对双草醚的吸附报道更少。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、成本低且能够资源化利用茶渣废料的利用茶渣制备生物炭材料的方法及其在农药吸附中的应用。
为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种利用茶渣制备生物炭材料的方法，其包括如下步骤：
(1)以茶渣作为原料，将其烘干处理后，再对其进行粉碎处理，然后将粉碎处理获得的物料进行筛选处理后，获得预处理茶渣；
(2)将预处理茶渣置于650～750℃环境下进行热解处理110～130min，其中，热解处理过程中还持续通入保护气体，令预处理茶渣在保护气体氛围下热解处理，物料冷却后，获得热解物料；
(3)将热解物料进行研磨处理，制得茶渣生物炭材料。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中，利用粉碎机对茶渣进行粉碎处理，且粉碎处理后的物料经60目筛网过筛处理后，获得预处理茶渣。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(2)中，所述的预处理茶渣置于刚玉锅中，然后放置于管式炉内进行热解处理。
作为一种较优的实施选择，优选的，步骤(2)中，预处理茶渣的热解处理温度为700℃，热解处理时长为120min。
作为一种较优的实施选择，优选的，所述的保护气体为氮气。
作为一种较优的实施选择，优选的，步骤(3)中，所制得的茶渣生物炭材料的比表面积为5.35m2/g。
基于上述制备方法，本发明还提供基于上述所述的方法制备所得的茶渣生物炭材料在农药吸附中的应用。
作为一种可能的实施方式，进一步，所述的农药含有双草醚。
作为一种较优的实施选择，优选的，所述双草醚的含量为100mg/l。
作为一种较优的实施选择，优选的，所述茶渣生物炭材料对双草醚的吸附量为3.13mg/g。
由于我国的茶叶产量大，品种多，利用范围广，茶渣中含有大量的纤维素、蛋白质、氨基酸、茶多酚和微量元素等组分，在肥料、饲料、日常生活如枕芯制作等方面有较广泛的应用。当前关于茶渣制备生物炭的研究，对其改善农药残留还少有关注，特别是对双草醚的吸附报道更少。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：
1、本方案制备的茶渣生物炭材料对除草剂的吸附有一定的吸附效果，经验证，其吸附量为3.13mg/g；
2、本方案茶渣生物炭材料合成简便，原料来源简单，价格低廉，绿色环保，比表面积大、社会经济效益高和较强吸附力的特点；
3、本方案拓展了茶渣废弃物的应用，为今后茶渣的处理方法及资源化利用提供理论基础和技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
图1为本方案所制备的茶渣生物炭未研磨及水洗后研磨图，其中，(a)为未研磨前状态，(b)为研磨后状态；
图2为本方案所制备的茶渣生物炭的x-射线粉末衍射分析和扫描电镜成像表征图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
茶渣生物炭材料的制备
一种利用茶渣制备生物炭材料的方法，其包括如下步骤：
(1)以茶叶渣作为制备生物炭的原料，干燥后通过粉碎机粉碎过60目筛，并保持干燥，获得预处理茶渣；
(2)将干燥状态的预处理茶渣置于刚玉锅中，并放入到管式炉内以700℃、持续通入n2的条件下进行热解处理120min，获得热解物料，其冷却后如图1(a)所示；
(3)将热解物料研磨处理，制得茶渣生物炭材料(如图1(b)所示)，然后置于干燥器中保存备用。
材料表征
采用x-射线粉末衍射对上述制得的茶渣生物炭材料的晶型进行表征，结果表明制备的生物炭为无定型态(图2a)，并利用sem对其形貌进行观察，结果表明，茶渣生物炭其表面产生孔道结构，呈一定的褶皱带状(图2b)。bet测定制备的茶渣生物炭的比表面积为5.35m2/g。
茶渣生物炭材料对双草醚的吸附测试
(1)配置100mg/l双草醚溶液100ml为母液；
(2)称取0.05g所制得的茶渣生物炭材料加入到上述溶液中，在磁力搅拌器下进行常温搅拌；
(3)用2ml的针筒及水相针式0.22μm过滤该溶液；
(4)将得到的2ml溶液稀释成20mg/l的溶液，利用紫外分光光度计(uv-vis)测定不同时间点时状态下的吸光度，重复三次，取平均值。
(5)将测出的值带入到标准曲线中换算成为相应的浓度，计算吸附量。
经过测定发现制备的生物炭对双草醚的吸附效果较好，去除率为2.23％，吸附量为3.13mg/g。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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