[發明專利]一種硼氫化鈉改性生物炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011601386.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112875674B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 魯玥;胡英菊;湯琳;謝青青;劉倩;鐘林芮;傅蕾凌;張綬娟
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C12P3/00;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種硼氫化鈉改性生物炭及其制備方法和應用，該制備方法是以硼氫化鈉為還原劑對生物炭進行還原處理制備得到硼氫化鈉改性生物炭。本發明中，通過硼氫化鈉還原生物炭表面的含氧官能團，使得生物炭具有更多、更強的氧化還原活性基團，更低的電位，更大的比表面積，從而制備得到比表面積大、電子傳遞能力強、生物兼容性好的硼氫化鈉改性生物炭，用于鐵還原細菌還原三價鐵時，可以加速微生物的電子傳遞效率，進而加速生物地球化學循環中的鐵還原過程，應用前景好。同時，本發明硼氫化鈉改性生物炭的制備方法具有工藝簡單、成本低廉、環境友好等優點，適合于大規模制備，有利于工業化應用。

技術領域

本發明屬于環境材料領域，涉及一種硼氫化鈉改性生物炭及其制備方法和應用。

背景技術

生物炭是生物質在氮氣氣氛下熱解制備的一種可循環利用的材料，并作為土壤改良劑廣泛使用。生物炭的種類和功能主要與燒制條件和改性方法有關，其中，通過物理化學方法進行改性可以提高生物炭性能。目前，大多采用酸類試劑、堿類試劑、金屬鹽或金屬氧化物等對生物炭進行改性。目前利用還原劑改性生物炭來改變其表面官能團，并影響鐵還原細菌胞外電子傳遞能力，對其異化鐵還原過程造成潛在影響的報道較少。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種比表面積大、電子傳遞能力強、生物兼容性好的硼氫化鈉改性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：

一種硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，以硼氫化鈉為還原劑對生物炭進行還原處理制備得到硼氫化鈉改性生物炭。

上述的硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，進一步改進的，包括以下步驟：

S1、將生物炭與水混合，得到生物炭懸浮液；

S2、調節步驟S1中得到的生物炭懸浮液的pH值為堿性，除去生物炭懸浮液中的氧氣，得到無氧堿性生物炭懸浮液；

S3、將步驟S2中得到的無氧堿性生物炭懸浮液與硼氫化鈉混合，在無氧條件下進行還原反應，冷卻，清洗，真空干燥，得到硼氫化鈉改性生物炭。

上述的硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，進一步改進的，所述生物炭與硼氫化鈉的質量比為1g：8～10g。

上述的硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟S3中，所述還原反應在溫度為70～90℃下進行；所述還原反應的時間為1～3h；所述反應過程中控制體系的轉速為150～250rpm；所述清洗為采用無氧超純水洗滌固體產物，直至洗滌出水為中性；所述真空干燥的溫度為60～80℃；所述真空干燥的時間為12～24h。

上述的硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟S1中，所述生物炭與水的質量體積比為1～2g：100mL；所述生物炭的制備方法包括以下步驟：在氮氣保護氣氛下，以升溫速率為5～10℃/min將生物質材料升溫至500～900℃進行限氧高溫熱解處理0.5～2h，過100～200目篩，得到生物炭；所述生物質材料為稻草秸稈。

上述的硼氫化鈉改性生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟S2中，采用堿性藥劑調節生物炭懸浮液的pH值≥9；所述堿性藥劑為氫氧化鈉顆粒；所述生物炭與堿性藥劑的質量比為1g：0.8～1.2g；所述生物炭懸浮液中的氧氣采用以下方式去除：往生物炭懸浮液中通入氮氣0.5～1h。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種硼氫化鈉改性生物炭，由上述的制備方法制得。

上述的硼氫化鈉改性生物炭，進一步改進的，所述硼氫化鈉改性生物炭的比表面積為218.06m²/g，Zeta電位為-29.03mV，開路電壓為7.09mV；所述硼氫化鈉改性生物炭C的質量百分含量為80.59％，H的質量百分含量為3.27％，O/C質量比為0.18：1。