[發明專利]一種短鏈季胺氮改性介孔生物炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011174226.5
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112473621B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 翟云波;王蓓;朱云
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/32;C02F1/469;C02F101/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種短鏈季胺氮改性介孔生物炭及其制備方法和應用，該短鏈季胺氮改性介孔生物炭的制備方法，包括以下步驟：將生物質材料制成介孔生物炭；將介孔生物炭與無水甜菜堿溶液混合進行反應，清洗，干燥，得到短鏈季胺氮改性介孔生物炭。本發明制得的短鏈季胺氮改性介孔生物炭具有吸附性能好、電化學性能好等優點，是一種新型的電吸附材料，可用于電吸附水體中的無機鹽污染物(如高氯酸鹽)，表現出效率高、成本低、可循環利用和無二次污染的特點，具有非常高的使用價值和非常好的應用前景。同時，本發明制備方法，具有工藝簡單、制備條件溫和、成本低廉等優點，適合于大規模制備，便于工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種短鏈季胺氮改性介孔生物炭及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，高氯酸鹽作為一種氧化劑被廣泛應用于火箭推進劑、導彈燃料、炸藥、煙火、汽車安全氣囊、電池等工業產品中。因此，越來越多的高氯酸鹽被排放到環境中。由于高氯酸鹽具有高度的水溶性、可擴散性，并且易于生物積累和難以捕獲和降解，從而導致了大范圍的污染擴散。此外，飲用水中也檢測到高氯酸鹽的存在，高氯酸鹽直接干擾生物體的生長代謝，特別是危害孕婦與嬰兒的健康。目前，由高氯酸鹽引起的環境問題已引起了極大的重視。

近年來，以吸附材料為電極，并在溶液中對其施加電位控制的吸附技術，即電吸附技術受到人們的關注。電吸附一般定義為電極表面通過電位控制引起的吸附，主要發生在電極與溶液界面的雙電層。研究表明，石墨烯氧化物、碳納米管等碳質材料可作為電極材料用于電吸附中，但是，這些材料成本高昂，這極大的影響了它們在電吸附技術領域的應用。因此，探索具有可持續性和低成本前驅體的高性能碳材料是至關重要的。

生物炭是一種常見的吸附材料，具有成本低、處理效率高、操作簡便等優點。然而，現有生物炭材料用于吸附高氯酸鹽時，對高氯酸鹽的吸附效果較差。另外，將現有生物炭作為電極材料進行電吸附去除無機離子污染物時，還存在導電性不佳的缺陷。因此，獲得一種吸附性能好、電化學性能好的生物炭材料，對于實現對水體中高氯酸鹽的高效去除具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種吸附性能好、電化學性能好的短鏈季胺氮改性介孔生物炭及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種短鏈季胺氮改性介孔生物炭的制備方法，包括以下步驟：

S1、將生物質材料制成介孔生物炭；

S2、將步驟S1中得到的介孔生物炭與無水甜菜堿溶液混合進行反應，清洗，干燥，得到短鏈季胺氮改性介孔生物炭。

上述的短鏈季胺氮改性介孔生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟S1中，所述介孔生物炭的制備方法包括以下步驟：

(1)將生物質材料、造孔劑、氧化鋅微粒于溶劑中混合，浸漬，烘干，粉碎，過篩，得到混合粉末；

(2)將步驟(1)中得到的混合粉末進行熱解，酸洗，水洗，得到介孔生物炭。

上述的短鏈季胺氮改性介孔生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟(1)中，所述生物質材料與造孔劑的質量比為1∶1～3；所述氧化鋅微粒的質量為氧化鋅微粒和生物質材料總質量的13％～18％；所述造孔劑為碳酸鉀和/或氫氧化鉀；所述生物質材料為農產品加工業廢棄物；所述農產品加工業廢棄物為豆渣、香蕉皮、甘蔗渣中的至少一種；所述溶劑為水。

上述的短鏈季胺氮改性介孔生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟(1)中，所述生物質材料在使用之前還包括以下處理：采用水對生物質材料進行清洗，過濾，在溫度為80℃～105℃下烘干，直至質量恒定；所述浸漬在攪拌條件下進行；所述浸漬的時間為12h～24h；所述烘干的溫度為80℃～105℃；所述過篩的目數為100目～200目。