[发明专利]一种表面改性的生物炭吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面改性的生物炭吸附材料，所述生物炭吸附材料为表面修饰有氨基的生物炭。其制备方法包括：S10、提供生物质材料，对所述生物质材料进行高温绝氧裂解处理，制备获得生物炭；S20、将所述生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空至腔内气压稳定，通入包含有氨气的反应气体，通过低温等离子体放电对所述生物炭进行表面修饰，制备获得表面修饰有氨基的生物炭。本发明提供的生物炭吸附材料应用于水体污染的治理，可以有效地吸附去除水体中的重金属离子和放射性核素离子等污染物。

技术领域

本发明属于水体污染治理技术领域，具体涉及一种表面改性的生物炭吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的快速发展，在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表、电镀、制药等工业生产过程中会产生各种不同的污染物，如重金属离子(如铬、镉、铜、汞、镍、锌等)、放射性核素离子(例如铀)等，进入水体环境会造成大量的污染。水体污染物因类型不同而具有不同的特性和毒性，能显著增加癌症等恶性疾病的发病率，给人民健康和环境造成严重威胁。如20世纪60年代发生在日本的由含汞废水和含镉废水污染水体造成的水俣病和痛痛病；而人类长期饮用有机物类污染水，则可引起头晕、出疹、发痒、贫血及各种神经系统疾病；对于化学毒性和放射性毒性的重金属，会造成环境本底辐射，造成物种基因畸变，对植物、农田和土壤产生不可逆转的破坏。

当前，应用于治理水体污染物的主要物理化学方法有：离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、沉淀法、反渗透、电渗析和电解法等，在众多的处理方法中，吸附法因具有操作简单、高效、经济环保等优点成为水体污染物治理研究的热点技术。施用到水体中的吸附剂材料，可以通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列的物理、化学和生物作用，降低水体中各种污染物的浓度，使其达到允许排放水体标准。

生物质炭，是生物有机质(包括植物秸秆和动物粪便等)经绝氧或缺氧以及相对低温(＜700℃)下热解制备获得，因其表面含有丰富的含氧官能团的含碳芳香化物质，从而对环境中的重金属污染产生吸附作用，并且其具有制备原料广泛、无二次污染且成本低廉等优点。根据生物质材料来源的不同，生物质炭可以分成木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭、动物粪便炭等，然而，未经改性的原始裂解生物炭材料表面官能团数量仍然有限，因此对水体中污染物作用也有限，通常仅对单一的污染物的处理具有优势，特别是对重金属污染的处理。

为了制备出具有高治理容量、快处理速率的高效生物炭环境材料，有必要对原始裂解生物炭进行进一步改性活化。目前的改性方法主要是采用化学的方法在生物炭的表面接枝聚合物官能团，这种方法引入了高分子化学材料，价格昂贵且操作步骤复杂。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种表面改性的生物炭吸附材料及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种表面改性的生物炭吸附材料，所述生物炭吸附材料为表面修饰有氨基的生物炭。

具体地，所述生物炭吸附材料中，每克生物炭所修饰的氨基数量为1.0×10¹⁸～5.3×10¹⁹。

具体地，所述生物炭为生物质材料经由高温绝氧裂解制备形成，所述生物质材料选自农作物、农作物废弃物、木材以及木材废弃物。

本发明还提供了如上所述的生物炭吸附材料的制备方法，其包括步骤：S10、提供生物质材料，对所述生物质材料进行高温绝氧裂解处理，制备获得生物炭；S20、将所述生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空至腔内气压稳定，通入包含有氨气的反应气体，通过低温等离子体放电对所述生物炭进行表面修饰，制备获得表面修饰有高浓度氨基的生物炭。