[發(fā)明專利]一種鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010965353.0
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN113289575A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐國敏;張兵兵;薛斌;楊照;婁金分;丁小艷
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京格旭知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11443
• 代理人: 雒純丹

本發(fā)明提供一種鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料，其組成包括生物炭、ZnO/ZnS混合物，所述ZnO/ZnS混合物負(fù)載于生物炭微孔中和/或表面上。本發(fā)明所制備的鋅負(fù)載生物炭表面具有豐富的官能團(tuán)和活性位點(diǎn)，對水體中重金屬離子具有顯著的絡(luò)合作用和飽和吸附量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)廢棄秸稈無害化處理成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，將廢棄秸稈進(jìn)行碳化處理制成生物質(zhì)炭，應(yīng)用于土壤改良、重金屬及有機(jī)物吸附等領(lǐng)域，是秸稈無害化處理常用的方式之一。但是，由于直接碳化處理得到生物炭的表面功能基團(tuán)、孔隙率和活性位點(diǎn)通常有限，在一定程度上限制了其應(yīng)用，因此對生物炭進(jìn)行改性，以提高其表面功能基團(tuán)、孔隙率和活性位點(diǎn)具有重要的實(shí)際意義。

在生物炭表面負(fù)載一些金屬氧化物能有效提高其表面功能基團(tuán)和活性位點(diǎn)(如申請公布號為CN 108993396 A、CN 110201660 A、CN 106000311 A、 CN 109821505 A、CN110694588 A的專利)，提高生物炭的吸附性能。但相關(guān)專利報(bào)道的金屬氧化物負(fù)載過程通常反應(yīng)時間較長，且大多需要用到強(qiáng)酸或強(qiáng)堿來調(diào)節(jié)，易于產(chǎn)生二次污染，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，開發(fā)一種工藝簡單、吸附性能優(yōu)異、環(huán)境友好、成本低廉，易于規(guī)模化推廣應(yīng)用的金屬氧化物負(fù)載型生物炭及其制備方法十分迫切。

本發(fā)明人為解決上述技術(shù)問題發(fā)現(xiàn)，將ZnSO₄水溶液充分浸潤廢棄秸稈粉體，在秸稈粉體碳化過程中，水分子的蒸發(fā)及秸稈內(nèi)部有機(jī)質(zhì)的揮發(fā)，形成大量孔隙結(jié)構(gòu)的同時，ZnSO₄在升溫過程中發(fā)生分解和晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成ZnO和ZnS，ZnO和ZnS混合物的負(fù)載率為15～20％，主要負(fù)載于生物炭微孔中，少量負(fù)載于表面上，顯著增加生物炭的比表面積和吸附活性位點(diǎn)，從而顯著提高生物炭的吸附性能。

具體來說，本發(fā)明提出了如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料，其組成包括生物炭、 ZnO/ZnS混合物，所述ZnO/ZnS混合物的負(fù)載率為15～20％，所述ZnO/ZnS 混合物負(fù)載于生物炭微孔中和/或表面上。

優(yōu)選地，所述鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料的比表面積為275-520m²·g^-1，更優(yōu)選為370-520m²·g^-1。

優(yōu)選地，所述鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料的孔容積為0.180～0.330cm³/g，更優(yōu)選為0.260-0.330cm³/g。

第二方面，本發(fā)明提供所述的鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)將秸稈粉體浸漬于鋅源水溶液中，然后干燥制得復(fù)合材料前驅(qū)體；

(2)將步驟(1)所得復(fù)合材料前驅(qū)體置于惰性氣體氣氛中，100℃-150℃保溫，然后再升溫進(jìn)行碳化，得到所述鋅負(fù)載生物炭復(fù)合材料。

優(yōu)選地，步驟(1)所述秸稈為煙桿、玉米秸稈、薏仁米秸稈、高粱秸稈中任意一種及其混合物。

優(yōu)選地，步驟(1)所述鋅源水溶液為ZnSO₄水溶液。

優(yōu)選地，所述ZnSO₄水溶液質(zhì)量濃度為2％～5％，優(yōu)選地，所述ZnSO₄水溶液質(zhì)量濃度為3％～5％。

優(yōu)選地，所述ZnSO₄水溶液與秸稈粉體的質(zhì)量比為(2-4):1，優(yōu)選地，所述ZnSO₄水溶液與秸稈粉體的質(zhì)量比為(2-3):1。