[發明專利]臭氧與紫外線照射協同提高生物炭含氧基團工藝

在審

• 申請號: 201910282044.0
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109926023A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 謝越;汪日松;張麗
• 申請（專利權）人: 安徽科技學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種臭氧和紫外照射協同提高生物炭材料含氧基團的工藝，主要特征在于：將制備好的生物炭材料過篩、洗凈烘干后與臭氧混合，加溫至100?500℃。然后將生物炭材料平攤在溫控電熱板之上，在10?380 nm波長范圍內的紫外輻射燈照射，照射過程中保持生物炭溫度在200℃，照射時間為24 h，并且每12 h放入臭氧接觸柱中1次，并再次通入臭氧。紫外照射結束后，烘干即可。該工藝可以顯著提高生物炭材料的含氧基團數量。

技術領域

本發明屬于生物炭材料改性技術領域，涉及一種臭氧和紫外照射協同提高生物炭含氧基團的工藝。

背景技術

近年來，生物炭作為一種新型環境材料，因具有制備來源廣泛、生產成本低廉、對污染物去除能力強的特點，成為在土壤、水體和空氣環境介質的污染防治中有力武器。作為一種與活性炭截然不同的材料，活性炭主要依靠巨大比表面積對污染物產生物理吸附，生物炭主要依靠分布其表面的化學官能團與污染物形成新的化學鍵，從而產生污染物去除效果，并且這種化學官能團與污染物之間形成的化學鍵作用十分穩定，因此，生物炭對污染物的去除效果更穩定。大量的研究證實，對污染物去除能力的高低與生物炭材料的化學官能團，尤其是含氧基團（羧基、內酯基、酚羥基）數量多少相關。然而，未經改性的生物炭材料表面含氧基團數量較少，這成為制約生物炭在污染物防控應用中的限制因子，因此，提高生物炭含氧基團數量成為亟待解決的技術問題。

前人嘗試用化學濕法對炭材料進行改性處理，從而增多材料表面的有機官能團數量。中國申請號201110409394.2公布了一種用重氮化試劑處理活性炭，從而在活性炭表面固定含氮官能團。該方法在生成過程中引入外源離子，并且生產成本高。中國申請號201380042335.3公布了一種以改善活性炭親水性而增加表面堿性官能團的方法，但該方法工序繁瑣，使用化學試劑多，容易產生二次污染問題。顯然，為了獲得更多含氧基團，必須尋找其他的技術突破。非專利文獻1和2（[1]丁文川,權國卿,曾曉嵐,羅萬申,厲曉宇,李橋,雍毅. 紫外輻照引入含氧官能團對生物炭吸附氣體和水中苯的影響[J]. 環境科學學報,2017,(02):657-663. [2]李橋,雍毅,丁文川,侯江,高嶼濤,曾曉嵐. 紫外輻照改性生物炭對VOCs的動態吸附[J]. 環境科學,2016,(06):2065-2072.）報道生物炭材料在365 nm紫外光照射后，可以顯著提高含氧基團數量。同時，也有研究證明，經臭氧氧化的生物炭，可以在表面形成羧基，使其表面更具親水性，從而使pHPZC大大降低，有利于極性物質的去除。因此，可以利用臭氧和紫外照射協同處理生物炭，增加生物炭材料含氧基團數量。

我們發明了一種對生物炭材料進行臭氧和紫外照射協同處理的后處理工藝，該工藝獲得的生物炭材料含氧基團數量，顯著高于單獨臭氧處理或單獨紫外照射處理以及未改性處理。本發明工藝工序簡單，處理過程無化學試劑污染，成本低廉，成效明顯，工藝易于規?；茝V。

發明內容

本發明的目的是通過臭氧和紫外線聯合改性作用，提供一種提高生物炭材料表面含氧基團含量的工藝。

本發明的臭氧與紫外線協同提高生物炭含氧基團工藝，包括如下步驟：

（1）將制備好的生物炭材料過60目篩，洗凈后放在改進的臭氧接觸池中，其中臭氧的投入量為2-8mg/L，生物炭的濃度為1%-20%（w/v）。

（2）生物炭與臭氧的作用時間為5-10min，將生物炭與臭氧的混合物加熱至10-40℃，在200rpm轉速下磁力攪拌3-36h，過濾。

（3）將生物炭材料平攤在溫控電熱板之上，厚度控制在3 mm以內，加溫至100-500℃

范圍。

（4）在生物炭材料垂直上方50 cm處，放置，紫外輻射主譜線波長范圍為

10-380 nm，輻射功率4-150 w，照射時間為12-48 h。照射過程中，每12 h將生物炭翻動1次，并再次放入臭氧接觸柱中作用5-10min。