[發明專利]一種中溫生物炭及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911260908.5
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN111013534A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 晏井春;陳夢舫;錢林波;韓璐;陳云;楊磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C01B32/05;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種中溫生物炭及其制備方法和應用，（1）采用紅松松針作為生物質前驅體，蒸餾水清洗3~5遍后烘干，將松針粉碎后放入管式爐；（2）在N₂保護的情況下，以20~30 ℃/min的升溫速率達到400~600 ℃，在該溫度下裂解反應8~10 h，得到松針生物炭；（3）將上述制備的松針生物炭用蒸餾水清洗3~5次，至pH為中性，過濾干燥后得到松針中溫生物炭。本發明利用生物炭的空穴結構和表面富含的羰基、羧基、羥基和內酯基等含氧基團及生物炭自身的持久性自由基活化過氧化物，在高效活化過氧化物產生活性自由基降解有機污染物的同時，有效避免金屬離子的二次污染。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種中溫生物炭及其制備方法和應用。

背景技術

生物炭是指生物質原材料（如松針、秸稈和稻殼等）在限氧的條件下經一定的溫度（一般低于700 ℃）裂解產生的多孔富炭的固體。自國外學者于2006年提出生物炭可作為新型的綠色修復材料后，生物炭的研究逐漸引起國內外眾多學者的廣泛關注。

作為富炭的層狀多孔材料，生物炭具有來源廣、制備簡單、比表面積大、孔隙結構和表面官能團豐富等特點。長期以來，許多研究者成功將生物炭應用于環境污染物的吸附。最近的研究表明，生物炭的空穴結構和表面富含的羰基、羧基、羥基和內酯基等含氧基團等可以活化過氧化物（過氧化氫，H₂O₂或過硫酸鹽，Na₂S₂O₈）產生活性自由基降解有機污染物。此外，生物炭自身的持久性自由基也能活化過氧化物產生活性自由基。生物炭活化自由的能力與制備生物炭的比表面積、官能團含量、空穴的數量等因素有關。

因此，針對傳統的金屬離子或金屬固體材料活化過氧化物引起的金屬離子二次污染問題，本發明采用中溫制備紅松松針生物炭活化過氧化物。相比于其它生物質前驅體，紅松松針具有來源廣泛、價格便宜的優點。此外，紅松松針制備的生物炭堿性較弱（pH為 7.5~8.0），層狀孔隙結構，比表面積大，富含羧基?COOH 和羰基C=O等含氧官能團，表面活性自由基含量高。紅松松針生物炭在高效活化過氧化物降解有機污染物的同時，可有效避免金屬離子的二次污染。

發明內容

解決的技術問題：針對傳統的金屬離子或金屬固體材料活化過氧化物引起的金屬離子二次污染問題，本發明一種中溫生物炭及其制備方法和應用，利用生物炭的空穴結構和表面富含的羰基、羧基、羥基和內酯基等含氧基團及生物炭自身的持久性自由基活化過氧化物，在高效活化過氧化物產生活性自由基降解有機污染物的同時，有效避免金屬離子的二次污染。

技術方案：一種中溫生物炭的制備方法，包含以下步驟：（1）采用紅松松針作為生物質前驅體，蒸餾水清洗3~5遍后烘干，將松針粉碎后放入管式爐；（2）在N₂保護的情況下，以20~30 ℃/min的升溫速率達到400~600 ℃，在該溫度下裂解反應8~10 h，得到松針生物炭；（3）將上述制備的松針生物炭用蒸餾水清洗3~5次，至pH為中性，過濾干燥后得到松針中溫生物炭。

優選的，上述烘干的溫度控制在60 ℃。

優選的，步驟（1）中，升溫速率為20 ℃/min。

優選的，步驟（1）中，裂解溫度為500 ℃。

上述制備方法制得的生物炭。

上述中溫制備生物炭在制備吸附降解氯苯、二惡烷和三氯乙烯產品中的應用。

一種去除有機污染物的產品，有效成分為過氧化氫或過硫酸鹽中的至少一種與所述的生物炭。