[發(fā)明專利]一種表面改性的生物炭吸附材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910799145.5
• 申請(qǐng)日: 2019-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110508244A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡銳;田興友;陳林;肖江;陳光才;王天慧;邵雪蓮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/20
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/00;C02F101/20
• 代理公司: 44304 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 孫偉峰;黃進(jìn)<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=

本發(fā)明公開(kāi)了一種表面改性的生物炭吸附材料，所述生物炭吸附材料為表面修飾有氨基的生物炭。其制備方法包括：S10、提供生物質(zhì)材料，對(duì)所述生物質(zhì)材料進(jìn)行高溫絕氧裂解處理，制備獲得生物炭；S20、將所述生物炭置于低溫等離子體的反應(yīng)腔內(nèi)，抽真空至腔內(nèi)氣壓穩(wěn)定，通入包含有氨氣的反應(yīng)氣體，通過(guò)低溫等離子體放電對(duì)所述生物炭進(jìn)行表面修飾，制備獲得表面修飾有氨基的生物炭。本發(fā)明提供的生物炭吸附材料應(yīng)用于水體污染的治理，可以有效地吸附去除水體中的重金屬離子和放射性核素離子等污染物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水體污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面改性的生物炭吸附材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在礦冶、機(jī)械制造、化工、電子、儀表、電鍍、制藥等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種不同的污染物，如重金屬離子(如鉻、鎘、銅、汞、鎳、鋅等)、放射性核素離子(例如鈾)等，進(jìn)入水體環(huán)境會(huì)造成大量的污染。水體污染物因類(lèi)型不同而具有不同的特性和毒性，能顯著增加癌癥等惡性疾病的發(fā)病率，給人民健康和環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。如20世紀(jì)60年代發(fā)生在日本的由含汞廢水和含鎘廢水污染水體造成的水俁病和痛痛病；而人類(lèi)長(zhǎng)期飲用有機(jī)物類(lèi)污染水，則可引起頭暈、出疹、發(fā)癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病；對(duì)于化學(xué)毒性和放射性毒性的重金屬，會(huì)造成環(huán)境本底輻射，造成物種基因畸變，對(duì)植物、農(nóng)田和土壤產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

當(dāng)前，應(yīng)用于治理水體污染物的主要物理化學(xué)方法有：離子交換法、吸附法、溶劑萃取法、沉淀法、反滲透、電滲析和電解法等，在眾多的處理方法中，吸附法因具有操作簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為水體污染物治理研究的熱點(diǎn)技術(shù)。施用到水體中的吸附劑材料，可以通過(guò)吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換和氧化還原等一系列的物理、化學(xué)和生物作用，降低水體中各種污染物的濃度，使其達(dá)到允許排放水體標(biāo)準(zhǔn)。

生物質(zhì)炭，是生物有機(jī)質(zhì)(包括植物秸稈和動(dòng)物糞便等)經(jīng)絕氧或缺氧以及相對(duì)低溫(＜700℃)下熱解制備獲得，因其表面含有豐富的含氧官能團(tuán)的含碳芳香化物質(zhì)，從而對(duì)環(huán)境中的重金屬污染產(chǎn)生吸附作用，并且其具有制備原料廣泛、無(wú)二次污染且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)生物質(zhì)材料來(lái)源的不同，生物質(zhì)炭可以分成木炭、竹炭、秸稈炭、稻殼炭、動(dòng)物糞便炭等，然而，未經(jīng)改性的原始裂解生物炭材料表面官能團(tuán)數(shù)量仍然有限，因此對(duì)水體中污染物作用也有限，通常僅對(duì)單一的污染物的處理具有優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)重金屬污染的處理。

為了制備出具有高治理容量、快處理速率的高效生物炭環(huán)境材料，有必要對(duì)原始裂解生物炭進(jìn)行進(jìn)一步改性活化。目前的改性方法主要是采用化學(xué)的方法在生物炭的表面接枝聚合物官能團(tuán)，這種方法引入了高分子化學(xué)材料，價(jià)格昂貴且操作步驟復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種表面改性的生物炭吸附材料及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種表面改性的生物炭吸附材料，所述生物炭吸附材料為表面修飾有氨基的生物炭。

具體地，所述生物炭吸附材料中，每克生物炭所修飾的氨基數(shù)量為1.0×10¹⁸～5.3×10¹⁹。

具體地，所述生物炭為生物質(zhì)材料經(jīng)由高溫絕氧裂解制備形成，所述生物質(zhì)材料選自農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材以及木材廢棄物。

本發(fā)明還提供了如上所述的生物炭吸附材料的制備方法，其包括步驟：S10、提供生物質(zhì)材料，對(duì)所述生物質(zhì)材料進(jìn)行高溫絕氧裂解處理，制備獲得生物炭；S20、將所述生物炭置于低溫等離子體的反應(yīng)腔內(nèi)，抽真空至腔內(nèi)氣壓穩(wěn)定，通入包含有氨氣的反應(yīng)氣體，通過(guò)低溫等離子體放電對(duì)所述生物炭進(jìn)行表面修飾，制備獲得表面修飾有高濃度氨基的生物炭。