[发明专利]基于超临界CO2

说明书

本发明公开了基于超临界COsubgt;2/subgt;介质的天然有机酸疏水改性碱性羟基化生物炭及其制备方法与应用。包括以下步骤：(1)向生物炭中添加丙酮混合，超声，过滤后冲洗，得到清洁的生物炭；(2)加入盐酸搅拌，过滤后冲洗，惰性气体气氛干燥，得到干燥的生物炭；(3)加入碱溶液中加热搅拌，过滤后惰性气体气氛烘干，得到羟基化的生物炭；(4)加入到溶解有天然大分子有机酸、无水乙醇、脱水剂的溶液中，在超临界COsubgt;2/subgt;介质中加热反应，得到反应后的混合液；(5)过滤后的沉淀物冲洗，惰性气体气氛干燥，获得改性后的生物炭。本发明操作简单、价格低廉、绿色环保、对炭材料孔径结构影响较小，在高湿环境下对挥发性有机物具有良好的吸附性能。

技术领域

本发明属于多孔炭材料领域，特别涉及基于超临界CO₂介质的天然有机酸疏水改性碱性羟基化生物炭及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，中国频繁发生极端大气污染事件，如由PM_2.5引起的灰霾和以O₃为特征的光化学烟雾，严重影响了人体健康和大气环境质量。目前吸附技术和吸附-催化燃烧技术是中低浓度有机废气有效治理的主要技术。其中，吸附剂成为关键材料之一，而炭基多级孔材料由于来源广泛，如活性炭、生物炭、生物炭纤维等，价格低廉、性能优异等特点被广泛作为VOCs 的吸附剂。但是，工程实践经验表明，常见炭基吸附剂在工程应用中面临着与水蒸气竞争吸附的难题，例如在汽车制造的喷漆工序中，湿式喷淋常用于去除多余的喷漆，从而增加其VOCs 废气的湿度。另外，水性原辅材料替代溶剂性原辅材料的逐步推广，炭基吸附剂在VOCs和水蒸气选择性吸附方面的矛盾越来越突出。而炭基吸附剂VOCs吸附容量在高湿度条件下会大大降低，极易达到饱和状态，不利于有机废气的净化。

对于材料疏水性方面，已有文献报道，使用功能性涂料能有效实现稳定的超疏水性，可应用于建筑环境控制、水动力减阻等方面。另外，有些涂料如有机硅烷和全氟化合物往往有毒、易燃、腐蚀性强、难以处理并破坏环境。然而，天然大分子有机酸改性的疏水性炭材料用在高湿环境中VOCs吸附的应用却鲜见报道。因此，研制具有高疏水性能的多级孔炭材料作为高效VOCs吸附剂，有望克服现有炭材料吸附容量低、与水蒸气竞争吸附性能差等不足，具有良好的应用前景。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于超临界CO₂介质的天然有机酸疏水改性碱性羟基化生物炭及其制备方法与应用。

本发明的目的至少通过以下方案之一实现。

基于超临界CO₂介质的天然有机酸疏水改性碱性羟基化生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)向生物炭中添加丙酮混合，超声，过滤后依次用乙醇、异丙醇、去离子水冲洗，得到清洁的生物炭；

(2)步骤(1)所述清洁的生物炭加入盐酸搅拌，过滤后用去离子水冲洗，惰性气体气氛50-100℃干燥，得到干燥的生物炭；

(3)把步骤(2)所述干燥的生物炭加入碱溶液中加热搅拌，过滤后在惰性气体气氛50-100℃烘干，得到羟基化的生物炭；

(4)把步骤(3)所述羟基化的生物炭加入到溶解有天然大分子有机酸、无水乙醇、脱水剂的溶液中，在超临界CO₂介质中加热反应，得到反应后的混合液；

(5)步骤(4)所述反应后的混合液过滤后的沉淀物用乙醇、去离子水冲洗，惰性气体气氛50-100℃干燥，获得改性后的生物炭。

进一步地，步骤(1)中，所述生物炭为椰子壳生物炭、甘蔗渣生物炭和核桃壳生物炭中的一种或多种；所述超声的时间为10-30min。

进一步地，步骤(2)中，所述盐酸的浓度为1-4M，所述搅拌时间为5-30min。