[發明專利]一種基于廢紙箱制備摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法及應用

有效

• 申請號: 202210046083.2
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114307964B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 巫楊;李智豪;徐海元;楊翔天;方鑫
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 合肥輝達知識產權代理事務所(普通合伙) 34165
• 代理人: 汪守勇

一種基于廢紙箱制備摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法及應用，涉及固廢資源化及污染物控制技術領域。將廢紙箱粉碎過篩后與三氯化鐵、尿素溶液均勻混合浸泡，首先進行初步水熱化處理，然后在馬弗爐中經自主設計高效隔氧手段進一步熱解，再經酸、堿依次活化處理后制得。本發明制備的鐵氮生物炭功能材料比表面積高達220m²/g，具備優良的活化PMS性能，低投加量即可實現高效快速去除水體中抗生素。該材料中Fe、N元素的有效摻雜不僅能夠使材料具備磁性，促進活化PMS過程中的電子轉移，進而提高污染物去除效率，同時材料經磁分離進行多次回收利用后，仍然具備良好性能。

技術領域

本發明涉及固廢資源化及污染物控制技術領域，具體涉及一種基于廢紙箱制備摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法及應用。

背景技術

近年來，隨著全球工業化進程快速推進，大量化石燃料被開發利用，導致CO₂、N₂O、CH₄等溫室氣體排放量持續上升，加劇了溫室效應，所引發的氣候變暖現象引發全球高度重視。在此背景下，作為零碳能源的生物質能源越來越受到重視。充分利用環境中廣泛存在的生物質炭，這將有利于實現其從“光合碳”到“化合碳”的功能轉化。

水環境中的新污染物有效去除是當前環境領域亟待解決的熱點問題之一。在眾多新污染物類型中，水體中抗生素殘留頗受重視。研究表明，抗生素在使用過程中，大量未被機體吸收代謝的抗生素通過排泄物以間接或直接方式輸入水體環境中。雖然抗生素在水體中殘留濃度較低，但對人群健康及生態系統的穩定性已構成潛在威脅。

當前，伴隨全球一體化進程帶來的物流業快速發展，導致包裝紙箱生產量及使用量激增。大多數包裝紙箱被消費者直接丟棄，在高收入國家，廢紙箱產量占據城市固體廢物很大比例，在發展中國家，尤其是中國，近年來環境丟棄量也迅猛增長。以木漿纖維為原料生產的紙箱主要成分為纖維素、半纖維素、木質素和灰分，當其使用后進行回收可再次作為造紙或紙板原料。在廢棄物資源化利用方面，當前也有一些研究報道其可作為投料用于厭氧發酵工藝產沼氣。

除此之外，若能將廢紙箱中所含的生物質炭進行有效轉化用于制備電容器或生物炭功能型復合材料用于水環境中新污染物治理，必然將開拓出廢紙箱資源化利用新路徑。

發明內容

本發明的目的是針對當前污水處理工藝中含抗生素有機廢水處理難度及成本較高的技術難題，提供一種以環境中廉價廢棄物--廢紙箱制備出性能優越的摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法，同時將其應用于活化過一硫酸鹽(PMS)快速去除水體中抗生素，低投加量即可達到較高的去除效率。

為了實現該發明目的，本發明所采用的技術方案為：

一種基于廢紙箱制備摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法，將廢紙箱粉碎過篩后與三氯化鐵以及尿素溶液均勻混合浸泡，通過水熱反應制備得到水熱炭，水熱炭經過熱解及酸、堿活化處理，即可得到摻雜鐵氮生物炭功能材料。

具體的，該制備摻雜鐵氮生物炭功能材料的方法步驟如下：

(1)將收集的廢紙箱進行粉碎過篩，然后將其置于三氯化鐵以及尿素溶液中均勻混合浸泡；

(2)向步驟(1)混合溶液中加入無水乙酸鈉、抗壞血酸以及十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻后轉移至反應釜內襯中進行水熱反應；

(3)將步驟(2)所制得含水熱炭的反應液離心，洗滌、烘干得到水熱炭；

(4)將步驟(3)所得水熱炭在自主設計隔氧條件下熱解，然后冷卻至室溫并洗滌；

(5)將步驟(4)獲得的生物炭置于酸溶液中浸泡，然后洗滌至中性；

(6)將步驟(5)酸活化后的生物炭置于堿溶液中浸泡，然后洗滌至中性；

(7)將步驟(6)堿活化后的生物炭烘干，研磨獲得摻雜鐵氮生物炭多孔功能型材料。