[發明專利]水熱液化生物炭基多孔炭和磁性炭材料的制備方法及其用途

無效

• 申請號: 201310486982.5
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103566883A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 張士成;朱向東;劉雨辰;錢峰;周超;陳建民
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及水熱液化生物炭的資源化利用，尤其涉及一種以水熱液化生物炭為原料制備多孔炭和磁性炭材料的方法及其用途，屬于環境保護與固體廢棄物資源化利用領域。

背景技術

目前，人口的日益增長和生活水平的提高，致使能源需求不斷增長，進而加劇了全球氣候變暖的趨勢；面對能源危機和環境保護的雙重需求，生物質的利用日益受到廣泛的重視。生物質在其利用的周期能夠保持碳的平衡，是一種清潔能源；且我國含有豐富的生物質資源。生物質的水熱液化是其利用的一條有效途徑，能獲得液態的生物油和高附加值的化學品，同時也能獲得含碳量高的固體殘渣-水熱液化生物炭，是一種新型的環境修復材料。生物質水熱液化技術的發展，可以實現CO₂的大規模減排，減少溫室效應；而水熱液化生物炭材料能以廢治廢，變環境負效應為環境正效應。

水熱液化生物炭材料表面含有豐富的碳、氧官能團，如：羰基、羧基、芳香基、羥基，具有核殼結構，是一種有潛力的環境修復材料；但是，其比表面較低（<10?m²?g^-1），孔隙不發達，嚴重限制了其在環境修復領域的應用；因此，必須對其活化改性，才能加以利用。將水熱液化生物炭厭氧熱裂解，能夠制備多孔的炭材料；但存在難分離回收的缺陷，將磁性介質同時引入多孔炭材料，有望制備出一種既具備高吸附性能的多孔炭材料、又能通過磁分離技術實現有效分離的新型磁性多孔炭材料。

本發明以水熱液化生物炭為原料，通過厭氧熱裂解和原位自組裝反應，制備新型的多孔炭和磁性炭材料，磁性材料能從溶液中實現磁分離。為廢棄水熱液化生物炭找到了一條有效的利用方式，并將促進廢棄生物質水熱液化技術的發展。

發明內容

本發明的目的是資源化利用水熱液化生物炭材料，提供一種以水熱液化生物炭為原料制備多孔炭和磁性多孔炭材料的方法及其用途。

多孔炭材料的制備方法具體工藝及用途包括以下步驟：

（1）????將烘干后的水熱液化生物炭材料置于箱式氣氛爐內，在氮氣氣氛保護下升至300~800?℃，并維持30~240?min。待溫度冷卻至室溫后，取出，研磨過60目篩，即可得多孔炭材料。

（2）????制備的多孔炭材料用于去除水溶液中的四環素污染物。多孔炭材料的投加濃度優選為500~2000?mg/L。

磁性多孔炭材料的制備方法具體工藝及用途包括如下步驟：

（1）?將烘干后的水熱液化生物炭材料投加10~300?g/L鐵鹽溶液中浸漬2~12小時，過濾，浸漬過的材料在空氣氣氛和60~80?℃下，烘1~4小時，其中，鐵鹽溶液是含鐵離子的鹽溶液，水熱液化生物炭材料與鐵鹽的的質量比優選為1:1~1:4。

（2）????將步驟（1）烘干后的水熱液化生物炭材料放入瓷周內，置于箱式氣氛爐內，在氮氣氣氛保護下升至500~800?℃，并維持30~240?min。待溫度冷卻至室溫后，取出，水洗，干燥，即可得磁性多孔炭材料。

（3）????所得的磁性多孔炭材料具有一定的磁性，如圖2所示，通過外加磁場，可以很好地從水溶液中分離，避免了二次污染和資源浪費。

（4）????本發明制備流程簡單易行，鐵鹽溶液可以循環利用，節約成本；制得的磁性多孔炭材料的鐵形態主要是γ-Fe₂O₃。

（5）????制備的磁性炭材料用于去除水溶液中的四環素污染物。磁性多孔炭材料的投加濃度優選為500~2000?mg/L。

附圖說明

圖1：磁性炭材料的制備方法流程圖。

圖2：磁性炭材料的磁分離效果圖。

具體實施方式

下面的實施用于進一步說明本發明，并不是對本發明的限定。

實施例1

將干燥過的沙柳300?℃水熱液化生物炭置于瓷周內，放入箱式氣氛爐內，在氮氣氣氛保護下以4?℃/min的升溫速率升至500?℃，并維持240?min。待溫度冷卻至室溫后，取出，研磨過60目篩，即可得多孔炭材料PC500。經比表面積測定儀測定，其比表面積為288?m²/g，總孔和微孔的孔容分別為0.212和0.124?cm³/g。

實施例2