[发明专利]一种石墨化生物炭及其降解水体中有机污染物的方法

说明书

本发明公开了一种石墨化多孔生物炭及利用其活化过硫酸盐用来降解水体中有机染物的方法。本发明公开的一种石墨化多孔生物炭利用高铁酸盐一步实现生物炭的活化和石墨化，通过以下步骤实现：热解、活化、洗涤、烘干。本发明公开的石墨化多孔生物炭活化过硫酸盐的活性高，对水体中有机物的去除效率高，易于实现工业化生产，并且能够针对性的处理水体中的微量污染物，尤其是激素类，在处理污染物的同时还能螯合活化过硫酸盐后游离出去的三价铁离子，避免了金属离子进入水体造成二次污染。

技术领域

本发明具体涉及一种石墨化多孔生物炭及其降解水体中有机污染物的应用，属于环境功能材料和水处理新技术领域。

背景技术

关于水体中有机物污染控制方面的研究已大量开展，常见方法主要有吸附法、生物降解法、光催化降解法、声波降解法等。目前，基于过硫酸盐活化的高级氧化法受到了广泛的关注。该方法中，活化过硫酸盐形成活性自由基，以及调控自由基性质是其用于污染物去除的关键点。过硫酸盐的活化方法主要有物理法（光、热和微波处理等）和化学法（苯酚、碱和过渡金属离子处理等）。现阶段硫酸根自由基高级氧化法在水处理中的应用也同时存在一些不足，其中，一些方法反应条件苛刻、能源和化学物质消耗较大、存在二次污染的问题；采用硫酸根自由基处理有机物方法仅对高浓度少流量的废水处理适用，暂未能应用到大规模的水处理。地下水中或废水中的含多种干扰离子(氢氧根，氯离子，碳酸根离子等)，消耗硫酸根自由基，减少其与有机物的作用量，处理效果受到影响；因此，探索出一种经济高效的用于活化过硫酸盐处理含有机物污染水体的技术非常必要。

农业废物等生物质资源化利用，在低氧条件下热解得到的生物炭是一种极具应用潜力的多功能碳质材料，具有原材料来源广泛、成本低、多孔结构、丰富表面基团的特性。大量研究表明，生物炭作为吸附剂，对环境中有机污染物具有较好的去除能力。同时，生物炭含有各种含氧官能团，比如羧基、羟基和羰基，这些官能团能够活化过硫酸盐产生SO₄⁻•。生物炭的性质受限于原材料和热解条件，其比表面积、孔特性、功能性相对于常规碳质材料（比如活性炭、碳纳米管、氧化石墨烯等）存在不足。为进一步提高生物炭的性能，可对其进行活化改性，实现生物炭的多孔化处理。此外，生物炭的石墨化处理，能够改善炭材料的导电性、孔特性和稳定性，增加电子转移速率和吸附能力，促进生物炭对过硫酸盐活化中的自由基过程，从而进一步提高其催化性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前有机物污染严重的水体，开发一种高效的石墨化多孔生物炭，用于活化过硫酸盐降解水体中有机污染物。

本发明提供了一种石墨化多孔生物炭，其特征在于，使用高铁酸盐一步完成生物炭的活化和石墨化。

优选的，所述生物炭由木材和/或农业废弃物制备而成，所述农业废弃物包括稻壳、椰壳、秸秆。

优选的，所述高铁酸盐可以是高铁酸钾、高铁酸钠的一种。

优选的，所述生物炭的微孔中锁入金属离子螯合剂，所述金属离子螯合剂为羟基羧酸型螯合剂。

更优的，所述羟基羧酸型金属离子螯合剂可以是柠檬酸、酒石酸和葡萄糖酸中的一种或几种。

更优的，所述金属离子螯合剂的浓度应在0.001-0.1mol/L之间。

本发明提供了一种石墨化多孔生物炭的制备方法，步骤如下：

S1、热解：将生物炭在充满氮气的管式炉中加热至600-900℃，加热1-2h，冷却至室温，过100目筛得到生物炭粉末。

S2、活化：将S1中制备的生物炭按照生物炭和高铁酸盐100：1的比例加入到水中，连续搅拌12小时，然后在80℃下干燥24小时获得固体混合物；然后将混合物转移至管式炉中，在氮气氛中进行分段热处理：前热处理是在700-900℃下加热1-2小时，后热处理是在1100-1400℃下加热0.5小时。