[发明专利]一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法和应用，将生物炭原料粉碎后进行热解处理，降温后过网筛；将氮硫源与生物炭混合，再氮气氛围煅烧处理，制备得到氮硫共掺杂生物炭。与现有技术相比，本发明制备的改性生物炭不仅具备良好的吸附性能，还能通过活化过硫酸盐高效降解水中邻苯二甲酸酯。发明的改性生物炭具有原料廉价易得，制备过程简单，绿色环保等特点，适用于水处理中有机污染物的去除。

技术领域

本发明涉及环境保护领域，尤其是涉及一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法和应用。

背景技术

生物炭是通过高温热解有机物质，如农业残余物、动物废物或木本植物等，产生的颗粒状的炭，并且被生产和应用到改善环境方面，通常应用于土壤以改善土壤性质或储存碳。生物炭具有较大表面积、复杂的孔隙结构和多变的表面成分，因此被认为是一种高效的吸附剂。生物炭无毒、无害，原料广泛，价格低廉，可大量制备，表面含氧官能团多，易表面改性。用非金属元素掺杂的方法对其表面改性，不仅能提高炭材料的吸附性能，还可以增加自由基的产生，具有催化潜力，并且制备方法简单，操作容易，成功率高，能耗少，对于去除水体中的有机污染物邻苯二甲酸酯效果很好。

硫作为仅次于氮、磷和钾的营养元素，对植物生长起到非常重要的作用。同时，硫在植物生长调节、解毒和抗逆等过程中也起到一定的作用，是影响植物品质的重要因素，其对植物的生长和代谢过程的重要性不言而喻。目前，全世界约70多个国家和地区的土壤存在缺硫或潜在缺硫的现象，缺硫会给农业生产造成巨大损失，从而影响农产品品质，并且对生态环境造成潜在威胁。在本发明中涉及的氮硫掺杂的生物炭在有效去除水中邻苯二甲酸酯这一环境污染物的同时，也为在土壤中应用提供了无限的潜能。

目前，尚未报道氮硫共掺杂生物炭的制备及其在有机污染物去除中的应用。例如，中国专利CN109052364A公开了一种二维多孔氮硫共掺杂碳纳米片材料的制备方法及应用，制备方法包括如下步骤：(1)将明胶与壳聚糖以及发泡剂以一定比例在50～80℃水中搅拌0.1～2h成凝胶，将形成的凝胶在过量的凝固液中析出形成海绵体；所述发泡剂碳酸钾、碱式碳酸镁或三聚氰胺；(2)将步骤(1) 形成的凝胶在过量的凝固液中析出形成海绵体；然后将海绵体置于330℃～400 ℃马弗炉，保温煅烧处理0.5～4h进行发泡与预碳化，得到预碳化材料；(3)将步骤(2)所得的预碳化材料以一定比例与硫脲研磨均匀，将得到的混合物在保护气氛下煅烧处理得到二维多孔氮硫共掺杂碳纳米片材料。但是该专利制备得到的二维多孔氮硫共掺杂碳纳米片主要是作为锂离子电池金属锂负极保护材料使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氮硫共掺杂生物炭的制备方法，包括：

将生物炭原料粉碎后进行热解处理，然后降温，得到的生物炭过网筛；

将氮硫源与生物炭混合，再煅烧处理，制备得到氮硫共掺杂生物炭。

优选地，生物炭原料为动植物废弃物。

更加优选地，生物炭原料包括花生壳、稻壳、玉米秸秆、椰子壳或动物排泄物。

优选地，热解的温度控制为200-700℃，处理时间为1-3h、升温速率为 3-5℃/min，以上处理均发生在氮气保护的条件下，严格限制不能有氧气。通过上述方案处理的生物炭表面会产生大量的氧化硫、噻吩硫、吡咯氮、吡啶氮和石墨烯氮等新的官能团，对该生物炭的吸附以及催化性能有很大的促进作用。

优选地，生物炭过筛目数是100-300目。

优选地，氮硫源包括硫脲、半胱胺酸、磺酰胺或硫代乙酰胺。

优选地，氮硫源与生物炭质量比是0.1-0.9。