[發明專利]一種利用天然有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011642245.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN113426408B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 王小紅;黃皓旻;成海榮;葉光政;焦裕均;朱文富;姚帆;王鈺欽;葉代啟
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種利用天然有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。所述制備方法包括以下步驟：(1)把生物炭和過氧化氫溶液混合，進行軟化、攪拌、過濾得到羥基化的生物炭；(2)把羥基化的生物炭、硼氫化鈉、無水乙醇混合，進行攪拌、過濾、惰性氣體氣氛50?100℃烘干、得到干燥的生物炭；(3)把干燥的生物炭加入到溶解有天然大分子有機酸、無水乙醇、脫水劑的溶液中加熱攪拌，得到混合液；(4)把混合液過濾，接著用乙醇、去離子水沖洗，惰性氣體氣氛50?100℃干燥，可獲得改性后的生物炭。本發明的優點為操作簡單、價格低廉、綠色環保、對炭材料孔徑結構影響較小，在高濕環境下對揮發性有機物具有良好的吸附性能。

技術領域

本發明屬于多孔炭材料領域，特別是涉及一種利用天然有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。

背景技術

目前吸附技術和吸附-催化燃燒技術是中低濃度有機廢氣有效治理的主要技術。其中，吸附劑成為關鍵材料之一，而炭基多級孔材料由于來源廣泛，如活性炭、生物炭、生物炭纖維等，價格低廉、性能優異等特點被廣泛作為VOCs的吸附劑。但是，工程實踐經驗表明，常見炭基吸附劑在工程應用中面臨著與水蒸氣競爭吸附的難題，例如在汽車制造的噴漆工序中，濕式噴淋常用于去除多余的噴漆，從而增加其VOCs廢氣的濕度。另外，水性原輔材料替代溶劑性原輔材料的逐步推廣，炭基吸附劑在VOCs和水蒸氣選擇性吸附方面的矛盾越來越突出。而炭基吸附劑VOCs吸附容量在高濕度條件下會大大降低，極易達到飽和狀態，不利于有機廢氣的凈化。

對于材料疏水性方面，已有文獻報道，使用功能性涂料能有效實現穩定的超疏水性，可應用于建筑環境控制、水動力減阻等方面。另外，有些涂料如有機硅烷和全氟化合物往往有毒、易燃、腐蝕性強、難以處理并破壞環境。然而，天然大分子有機酸改性的疏水性炭材料用在高濕環境中VOCs吸附的應用卻鮮見報道。因此，研制具有高疏水性能的多級孔炭材料作為高效VOCs吸附劑，有望克服現有炭材料吸附容量低、與水蒸氣競爭吸附性能差等不足，具有良好的應用前景。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種利用天然有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。

本發明的目的在于至少通過以下方案之一實現。

一種利用天然有機酸疏水改性生物炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)把生物炭和過氧化氫溶液混合，進行攪拌、過濾得到羥基化的生物炭；

(2)把步驟(1)所述羥基化的生物炭、硼氫化鈉、無水乙醇混合，進行攪拌、過濾、惰性氣體氣氛50-100℃烘干、得到干燥的生物炭；

(3)把步驟(2)所述干燥的生物炭加入到溶解有天然大分子有機酸、無水乙醇、脫水劑的溶液中加熱攪拌，得到混合液；

(4)把步驟(3)所述的混合液過濾，沉淀物用乙醇、去離子水沖洗，惰性氣體氣氛50-100℃干燥，可獲得改性后的生物炭。

進一步地，步驟(1)中，所述生物炭為椰子殼生物炭、甘蔗渣生物炭和核桃殼生物炭中的一種或多種；所述過氧化氫溶液的質量分數為5-30％。

進一步地，步驟(1)中，所述攪拌時間為1-6h。

進一步地，步驟(2)中，所述羥基化的生物炭和硼氫化鈉的質量比為10:1～0.1:1；所述無水乙醇的體積與羥基化的生物炭的質量的比值為1:1-1:50L/g；所述攪拌的時間為1-6h。

進一步地，步驟(3)中，所述天然大分子有機酸為肉桂酸、咖啡酸、肉豆蔻酸或月桂酸中的一種或多種。

進一步地，步驟(3)中，所述天然大分子有機酸的質量與無水乙醇的體積比為(1-20：1)g/L；所述脫水劑的用量為天然大分子有機酸用量的10-50wt％。

進一步地，步驟(3)中，所述攪拌的時間為6-24h。