[發明專利]用于重金屬去除的類石墨烯生物炭及其制備方法

有效

• 申請號: 202110060327.8
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112897496B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 程伶俐;何新華;王浩;王佳琪;焦正
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/184;B01J20/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種用于重金屬去除的類石墨烯生物炭的制備方法，利用自然界廣泛存在的植物花瓣作為生物炭碳源，利用熱解、酸化氧化、及強堿活化等方法，成功地實現了對其成分和微結構的雙重調控，合成了氮硫共摻雜的類石墨烯碳材料。由于本發明所制備的材料兼具石墨烯材料擁有大比表面積的微結構物理特性，以及表面富含巰基和氨基等硫氮官能團，經重金屬吸附實驗，證明所制備的材料對水溶液中的鉛離子和鎘離子具有較好的吸附效果。本發明公開的制備方法，選用自然界廣泛存在的植物為碳源，生產成本低廉，制備方法常規實驗室均可實現，產業化前景好，且本方法制備效率高，制備過程中不使用有毒有害試劑，對環境友好，因此在吸附材料制備領域中極具廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種用于重金屬去除的類石墨烯生物碳的制備方法，屬于納米吸附材料領域。

背景技術

近年來，隨著工農業和經濟的迅速發展，大量未經處理的城市垃圾、工業廢水和生活污水，以及大氣沉降物不斷排入水中，導致水體中重金屬污染日益嚴重。目前環境污染研究中最受關注的重金屬主要包括鉛、鎘、汞、鉻等。與其他污染物毒性相比，重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆轉性等特點，且容易被生物富集，并通過食物鏈危害人體健康。因此，水中重金屬污染治理備受關注。目前用于重金屬廢水的處理方法包括化學沉淀法、電解法、離子交換法、吸附法等。其中，吸附法因操作簡便、高效、經濟環保，成為廢水中重金屬治理最具應用前景的方法。而在物理吸附法中，吸附劑是其決定性因子，因此制備出具有吸附量高、選擇性強以及更快速的重金屬吸附劑顯得尤為迫切和重要。

石墨烯代表著一類新型的整體性碳材料，其獨特的單層碳原子經sp²雜化形成的二維蜂窩狀晶格結構，賦予了石墨烯良好的機械性能和柔韌性，以及極大的比表面積。石墨烯的理論比表面積可高達2630m²/g，這意味著石墨烯在環保領域廣闊的應用前景。目前所報道的石墨烯的制備方法主要有三種：

一是加熱碳化硅(SiC)的方法；

二是機械剝離法；

三是化學合成法。

但以上方法均以石墨為制備原材料，存在制備成本高、制備效率低下等缺點，難以滿足環境污染物處理的實際應用。

另外，石墨烯材料是一種疏水性物質，它對水中污染物的吸附是通過疏水作用和π-π堆積作用進行的，其中π-π堆積作用占主導地位。因此，石墨烯更適于吸附萘、菲、芘、多氯聯苯等非極性芳香族化合物，且有機物中芳環越多，吸附量越大、吸附速率越快。同時，也正由于石墨烯材料的疏水性強，使其難溶于水，且石墨烯層間π-π堆積作用產生的范德華力，還導致其易團聚、分離困難，進一步限制了石墨烯在處理水中污染物，特別是重金屬污染物方面的應用。依據現有文獻，為改善石墨烯應用局限性，通常將石墨烯進行功能化處理來制備石墨烯類衍生材料，包括氧化石墨烯、三維石墨烯以及這些石墨烯類材料和其他有機物、無機物、高分子聚合物等相復合生成的功能化石墨烯材料。然而，這些功能化改性處理方法，均存在制備成本高、反應條件苛刻、產量低下、反應過程中會需用到有毒有害試劑等問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種用于重金屬去除的類石墨烯生物炭及其制備方法，充分利用自然界廣泛存在的植物花瓣作為生物炭碳源，采用熱解、酸化氧化、及強堿活化等方法，成功地實現了對其成分和微結構的雙重調控，合成了氮硫共摻雜的類石墨烯碳材料。本發明公開的制備工藝簡單，條件溫和，生產成本低，效率高，不使用有毒有害試劑，對環境友好等優點。由于本發明所制備的材料兼具石墨烯材料擁有大比表面積的微結構物理特性，以及表面富含巰基和氨基等硫氮官能團，經重金屬吸附實驗，證明所制備的材料對水溶液中的鉛離子和鎘離子具有較好的吸附效果。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于重金屬去除的類石墨烯生物炭的制備方法，包括以下步驟：