[发明专利]一种硫氮掺杂多孔生物炭、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种硫氮掺杂多孔生物炭、制备方法及应用,包括硫酸钙为模板，草酸钾为活化剂，豆类纤维为碳源，采用煅烧进行硫氮掺杂多孔生物炭的制备。本发明制备的硫氮掺杂生物炭是一种低成本、高效率处理重金属废水的环境友好型吸附剂，对Cu²⁺和Ni²⁺离子的吸附能力显著优于其他生物炭，同时通过还原处理可进一步用于水中污染物的催化降解，实现重金属的回收应用。

技术领域

本发明属生物炭制备领域，具体涉及一种硫氮掺杂多孔生物炭、制备方法及应用。

背景技术

生物炭是一种难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的黑色蓬松状固态物质，是属于黑炭范畴的一种，组成元素主要是碳、氢、氧、氮等，含碳量在70％以上。生物炭具有致密的微孔结构和巨大的比表面积，吸附能力强，能吸附铅、铬、汞、镉、铜、锌等重金属。除此之外，生物炭还具有生产成本低、生态安全、无污染、可大面积推广等显著特点。这些显著特点，使其可作为一种高效、廉价的重金属离子吸附剂。

豆渣是生产豆奶或豆腐过程中的副产品,具有蛋白质,脂肪,钙,磷,铁等多种营养物质。中国是豆腐生产的发源地，具有悠久的豆腐生产历史，豆腐的生产、销售量都较大，相应的豆渣产量也很大。除少部分豆渣供食用外,主要用作饲料或肥料使用，绝大部分并未被得到良好的开发利用。

发明内容

本发明采用的一种硫氮掺杂多孔生物炭的制备方法，采用硫酸钙作硬模板，草酸钾作活化剂将食品废料脱脂大豆豆渣作为碳源进行800℃高温煅烧得到硫氮掺杂多孔生物炭。该制备方法简单，不需要添加其他化学物质或有机溶剂，制备过程环境友好，易于工业化生产。所得生物炭产物对重金属铜和镍具有良好的选择和吸附能力，且在吸附重金属离子后通过硼氢化钠原位还原可进一步应用于水体中污染物的催化降解，实现重金属的回收再利用。

为达到上述技术效果，本发明采取的技术方案为：

一种硫氮掺杂多孔生物炭的制备方法，制备原料包括模板、活化剂和碳源，制备方法采用煅烧；所述的碳源为豆类纤维。

可选的，所述的模板为硫酸钙，所述的活化剂为草酸钾；模板、活化剂和碳源的质量比是1:1:1。

可选的，所述煅烧的温度为800℃，时间为1h。

可选的，所述的豆类纤维包括黄豆豆渣，黄豆豆渣为黄豆经食品加工后产生的废渣经脱脂后得到的渣体。

一种硫氮掺杂多孔生物炭，所述的硫氮掺杂多孔生物炭采用本发明所述的制备方法制备得到。

可选的，所述的硫氮掺杂多孔生物炭中，氮元素掺杂量为4.56at.％，硫元素掺杂量为10.73at.％，其中吡咯氮占氮元素掺杂量的0.54％，石墨氮占氮元素掺杂量的1.3％。

所述的硫氮掺杂多孔生物炭用于吸附水中重金属离子的应用；

所述的重金属离子为铜离子、镍离子和或/铅离子，对Cu²⁺吸附量可达1366.67mg/g,对Ni²⁺吸附量可达1250.21mg/g,对Pb²⁺吸附量可达619.23mg/g。

一种生物炭-金属纳米颗粒复合催化剂，所述的生物炭为本发明所述的硫氮掺杂多孔生物炭。

可选的，所述的硫氮掺杂多孔生物炭在吸附重金属铜离子和/或镍离子之后经过硼氢化钠进行原位还原，即得生物炭-金属纳米颗粒复合催化剂；

所述的生物炭-金属纳米颗粒复合催化剂用于催化降解镉离子或亚甲基蓝。

可选的，所述的生物炭-金属纳米颗粒复合催化剂对水体中亚甲基蓝催化降解的条件包括：生物炭-金属纳米颗粒复合催化剂＝50mg/L,过硫酸钾＝0.10g/L,T＝25℃；