[發(fā)明專利]一種臭氧-氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110605873.5
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113274979A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊智淳
• 申請（專利權(quán)）人: CLS環(huán)境技術(shù)有限公司;鄭逸豪
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/02;B01J20/30;B01D53/02;B01D53/44;B01D53/86;B01J27/24;C09K21/02
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 胡堅;袁燕清

一種臭氧?氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料及其制備方法，本發(fā)明涉及屬于生物質(zhì)炭材料技術(shù)領域，為提供一種高吸附的臭氧?氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料，本發(fā)明以竹子生物質(zhì)和含氮化合物為原料，經(jīng)溫煅燒和臭氧化之后，得到臭氧?氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料，該材料吸附性能和阻燃性能好，可用作VOC吸附材料和阻燃材料。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及屬于生物質(zhì)炭材料技術(shù)領域，尤其是涉及一種具有吸附VOC吸附和阻燃能力的多功能材料的高比表面積生物質(zhì)炭材料的制備方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)是利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素，以及農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物等物質(zhì)，其最主要的特點是來源廣、成本低、可再生，且以生物質(zhì)為原料制備的多孔炭材料具備較高的比表面積和良好的吸附性、潤濕性，被認為是吸附材料的理想選擇。然而，不同的生物質(zhì)原料得到的炭材料形貌差別大，性能也有較大不同，因此選擇合適的生物質(zhì)原料，方可使得到的炭材料具備較高的比比表面積、高的吸附容量、較大的比電容、良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且制備方法簡單、成本低、產(chǎn)率高。

揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的排放已成為許多任務業(yè)生產(chǎn)過程中最嚴重的環(huán)境威脅之一。由于揮發(fā)性有機化合物的濃度較低，微孔吸附劑是減少揮發(fā)性有機化合物的理想吸附劑，最常用的微孔材料就是炭材料(包括生物質(zhì)炭材料，活性炭等)。但現(xiàn)今由于多孔碳材料的制備過于復雜，且選擇的碳源多為有機物，不僅增加了成本，而且在制備過程中對人體產(chǎn)生了一些傷害且對環(huán)境造成了再次污染。在許多發(fā)展中國家，廢物生物質(zhì)主要通過掩埋處置或直接焚化，這造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。通過適當?shù)墓に囂幚韺⑦@些廢物轉(zhuǎn)變成高附加值的化學產(chǎn)品具有重要的意義和價值，為了充分利用資源并發(fā)展可持續(xù)的化學方法，采用簡單的方法將廢物生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高附加值的高性能多孔碳材料是非常有前途的。

生物質(zhì)炭材料不僅工藝簡單而且大大的降低了生產(chǎn)成本，在制備過程也不會對生產(chǎn)者造成身體上的傷害而且沒有再次污染，因此是比較理想的炭材料。生物炭是在缺氧狀態(tài)下高溫熱解生物質(zhì)材料而成的一種新型環(huán)保材料，生物炭表面具有豐富的孔徑結(jié)構(gòu)和官能團，能夠有效地吸附多種污染物，從而達到凈化水質(zhì)、改善空氣、修復受損土壤的目的。生物炭能對水中抗生素、重金屬等污染物具有較好的吸附效果，但是如何制備得到特定的生物質(zhì)炭材料從而能夠應用到VOC吸附領域，為了進一步提高其吸附污染物性能，需要對生物炭進行改性以增強工程應用潛力，這是現(xiàn)在亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一種層狀結(jié)構(gòu)的聚合物，禁帶寬度低，因其電子結(jié)構(gòu)可調(diào)、易于合成和物理化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢被廣泛應用于催化和阻燃。目前是材料領域的新寵，其具有無毒，廉價易得，制備方法簡單，穩(wěn)定性好等突出優(yōu)點。現(xiàn)有技術(shù)中對氮化碳的制備方法一般是將三聚氰胺或者是尿素等預聚物直接煅燒后得到。為此我們提出一種臭氧-氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料的制備方法以達到具有VOC吸附和阻燃能力的多功能材料。

一種臭氧-氮摻雜多孔生物質(zhì)炭復合材料的制備方法，包括以下步驟：

第一、制備竹子生物質(zhì)：將竹子生物質(zhì)用去離子水清洗，清洗后置于烘箱中烘干，含水量為15％或以下，然后用粉碎機將烘干后的竹子生物質(zhì)粉碎過篩；

烘干溫度為80℃-105℃，時間為15-17h，烘干后，所述竹子生物質(zhì)粉末過篩的目數(shù)為60-100目。

第二、制備混合物：取一定復合比的上述竹子生物質(zhì)粉末和含氮化合物，加水，超聲攪拌和加熱至溶解，形成過飽和溶液，再降溫結(jié)晶，得到固態(tài)混合物：

所述竹子生物質(zhì)粉末和含氮化合物的復合比(重量比)為1∶0.25-5。

所述的含氮化合物為尿素、三聚氰胺或硫脲中的一種或多種。

所述竹子生物質(zhì)粉末和含氮化合物超聲攪拌的時間為60～120min，頻率為70-80KHz，攪拌溫度為20-95℃。