[发明专利]一种硼氢化钠改性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硼氢化钠改性生物炭及其制备方法和应用，该制备方法是以硼氢化钠为还原剂对生物炭进行还原处理制备得到硼氢化钠改性生物炭。本发明中，通过硼氢化钠还原生物炭表面的含氧官能团，使得生物炭具有更多、更强的氧化还原活性基团，更低的电位，更大的比表面积，从而制备得到比表面积大、电子传递能力强、生物兼容性好的硼氢化钠改性生物炭，用于铁还原细菌还原三价铁时，可以加速微生物的电子传递效率，进而加速生物地球化学循环中的铁还原过程，应用前景好。同时，本发明硼氢化钠改性生物炭的制备方法具有工艺简单、成本低廉、环境友好等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于环境材料领域，涉及一种硼氢化钠改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

生物炭是生物质在氮气气氛下热解制备的一种可循环利用的材料，并作为土壤改良剂广泛使用。生物炭的种类和功能主要与烧制条件和改性方法有关，其中，通过物理化学方法进行改性可以提高生物炭性能。目前，大多采用酸类试剂、碱类试剂、金属盐或金属氧化物等对生物炭进行改性。目前利用还原剂改性生物炭来改变其表面官能团，并影响铁还原细菌胞外电子传递能力，对其异化铁还原过程造成潜在影响的报道较少。

发明内容

本发明需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、电子传递能力强、生物兼容性好的硼氢化钠改性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：

一种硼氢化钠改性生物炭的制备方法，以硼氢化钠为还原剂对生物炭进行还原处理制备得到硼氢化钠改性生物炭。

上述的硼氢化钠改性生物炭的制备方法，进一步改进的，包括以下步骤：

S1、将生物炭与水混合，得到生物炭悬浮液；

S2、调节步骤S1中得到的生物炭悬浮液的pH值为碱性，除去生物炭悬浮液中的氧气，得到无氧碱性生物炭悬浮液；

S3、将步骤S2中得到的无氧碱性生物炭悬浮液与硼氢化钠混合，在无氧条件下进行还原反应，冷却，清洗，真空干燥，得到硼氢化钠改性生物炭。

上述的硼氢化钠改性生物炭的制备方法，进一步改进的，所述生物炭与硼氢化钠的质量比为1g：8～10g。

上述的硼氢化钠改性生物炭的制备方法，进一步改进的，步骤S3中，所述还原反应在温度为70～90℃下进行；所述还原反应的时间为1～3h；所述反应过程中控制体系的转速为150～250rpm；所述清洗为采用无氧超纯水洗涤固体产物，直至洗涤出水为中性；所述真空干燥的温度为60～80℃；所述真空干燥的时间为12～24h。

上述的硼氢化钠改性生物炭的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述生物炭与水的质量体积比为1～2g：100mL；所述生物炭的制备方法包括以下步骤：在氮气保护气氛下，以升温速率为5～10℃/min将生物质材料升温至500～900℃进行限氧高温热解处理0.5～2h，过100～200目筛，得到生物炭；所述生物质材料为稻草秸秆。

上述的硼氢化钠改性生物炭的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，采用碱性药剂调节生物炭悬浮液的pH值≥9；所述碱性药剂为氢氧化钠颗粒；所述生物炭与碱性药剂的质量比为1g：0.8～1.2g；所述生物炭悬浮液中的氧气采用以下方式去除：往生物炭悬浮液中通入氮气0.5～1h。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种硼氢化钠改性生物炭，由上述的制备方法制得。

上述的硼氢化钠改性生物炭，进一步改进的，所述硼氢化钠改性生物炭的比表面积为218.06m²/g，Zeta电位为-29.03mV，开路电压为7.09mV；所述硼氢化钠改性生物炭C的质量百分含量为80.59％，H的质量百分含量为3.27％，O/C质量比为0.18：1。