[发明专利]一种苎麻纤维基生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种苎麻纤维基生物炭及其制备方法和应用，该苎麻纤维基生物炭的制备方法包括以下步骤：以苎麻丝为原料制成苎麻丝生物炭，与深度共熔溶剂混合，超声分散，水热反应，所得苎麻纤维生物炭进行热解炭化，得到苎麻纤维基生物炭。本发明制得的苎麻纤维基生物炭具有比表面积大、石墨化程度高、电子传递性能好、催化活性高等优点，是一种由苎麻纤维结构组成的新型生物炭材料，其制备方法具有工艺简单、可操作性强等优点，适合于大规模制备，利于广泛应用。本发明苎麻纤维基生物炭作为活化剂可用于活化过硫酸盐降解水体中有机污染物，能够实现对有机污染物的有效降解，具有操作简单、处理效率高、稳定性强等优点，使用价值高，应用前景好。

技术领域

本发明属于材料科学领域与污染物处理领域，涉及一种苎麻纤维基生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化和农业化的迅猛发展，日益增多的有机污染物排放到自然水体中，严重影响了水体质量和水生生态环境的平衡。有机污染物由于其疏水性较强，易在环境和生物体内残留并且累积，甚至通过食物链富集放大，影响人类的健康生活，并对环境造成不可修复的破坏。目前，常用的处理方法有吸附法、膜分离法、生物降解法等，但是这些方法具有工艺操作复杂、设备要求高、效率较低，处理不完全等缺点，对毒性高又难降解的有机污染物，传统方法达不到预期的效果。基于过硫酸盐的高级氧化技术逐渐成为研究的热点，其具有寿命更长、氧化能力更强的硫酸根自由基，对反应条件要求更宽松以适应各种环境，且氧化剂本身的运输储存更为方便等优势。现阶段过硫酸盐活化降解处理水污染的应用仍存在着不足，如能源和化学物质消耗较大、金属溶出存在二次污染风险、受多种阴离子消耗自由基的干扰等问题。探索一种制备工艺简单、经济高效且绿色环保的过硫酸盐活化剂应用于有机污染水体修复是非常必要的。

炭基功能材料有着较高的比较面积、优异的电子传导能力和耐受稳定性，其表面可调控的功能化官能团和sp²杂化碳结构能够有效参与氧化还原反应中。同时，炭基材料兼具良好的环境兼容性和催化能力，在活化过硫酸盐处理水体有机污染物方面有着巨大的应用潜力。现有研究已证明碳纳米管、氧化石墨烯、C₆₀等无金属碳材料能有效活化过硫酸盐，但这些催化剂的化学合成制备过程复杂、操作繁复、成本较高，难以实现大规模实际生产应用。另外，现有生物炭材料也可用于活化过硫酸盐，但是生物炭材料的制备过程中，常常需要使用大量的强酸、强碱作为改性剂，用于生物炭表面进行改性，然而，这些强酸、强碱溶液的使用不仅会造成资源浪费，而且改性处理后会产生大量的废液，容易造成对生态环境的二次污染。因此，亟需开发一种环境友好型、经济高效的制备生物炭材料的方法。

苎麻是一种费省效宏、生态经济效益并存的坡耕治理植物，广泛种植于我国南方地区，将其制成生物炭材料用于活化过硫酸盐以降解环境中的有机污染物具有重要意义。然而，现有苎麻生物炭材料主要由苎麻叶和苎麻茎芯制得，这些苎麻生物炭材料仍然存在活化能力差、抗干扰能力差等缺陷，这极大的限制了苎麻生物炭材料作为过硫酸盐活化剂在降解有机污染物中的应用。另外，至今为止，尚未见到利用苎麻丝制备苎麻丝生物炭的相关报道；同时，现有针对生物炭的改性方法(如酸碱改性)，并不能实现苎麻丝生物炭中纤维结构之间的有效分离以最大程度暴露活性表面，且现有改性方法还容易破坏苎麻丝生物炭本身的结构，从而会破坏苎麻丝生物炭内部特殊的超细微孔结构和纤维状形貌，从而难以制备得到由完整条状纤维结构组成的苎麻纤维基生物炭，不仅不利于提高苎麻丝生物炭的比表面积和活性位点数量，而且也不利于提高苎麻丝生物炭的电子传递性能和催化活性。上述缺陷的存在，使得苎麻丝生物炭不能有效活化过硫酸盐，从而难以实现对环境中有机污染物的快速降解。因此，如何获得一种比表面积大、石墨化程度高、电子传递性能好、催化活性高、抗干扰能力强的苎麻纤维基生物炭，对于有效活化过硫酸盐以实现对有机污染物的快速降解具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、石墨化程度高、电子传递性能好、催化活性高、抗干扰能力强的苎麻纤维基生物炭及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：