[发明专利]用于重金属去除的类石墨烯生物炭及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于重金属去除的类石墨烯生物炭的制备方法，利用自然界广泛存在的植物花瓣作为生物炭碳源，利用热解、酸化氧化、及强碱活化等方法，成功地实现了对其成分和微结构的双重调控，合成了氮硫共掺杂的类石墨烯碳材料。由于本发明所制备的材料兼具石墨烯材料拥有大比表面积的微结构物理特性，以及表面富含巯基和氨基等硫氮官能团，经重金属吸附实验，证明所制备的材料对水溶液中的铅离子和镉离子具有较好的吸附效果。本发明公开的制备方法，选用自然界广泛存在的植物为碳源，生产成本低廉，制备方法常规实验室均可实现，产业化前景好，且本方法制备效率高，制备过程中不使用有毒有害试剂，对环境友好，因此在吸附材料制备领域中极具广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于重金属去除的类石墨烯生物碳的制备方法，属于纳米吸附材料领域。

背景技术

近年来，随着工农业和经济的迅速发展，大量未经处理的城市垃圾、工业废水和生活污水，以及大气沉降物不断排入水中，导致水体中重金属污染日益严重。目前环境污染研究中最受关注的重金属主要包括铅、镉、汞、铬等。与其他污染物毒性相比，重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆转性等特点，且容易被生物富集，并通过食物链危害人体健康。因此，水中重金属污染治理备受关注。目前用于重金属废水的处理方法包括化学沉淀法、电解法、离子交换法、吸附法等。其中，吸附法因操作简便、高效、经济环保，成为废水中重金属治理最具应用前景的方法。而在物理吸附法中，吸附剂是其决定性因子，因此制备出具有吸附量高、选择性强以及更快速的重金属吸附剂显得尤为迫切和重要。

石墨烯代表着一类新型的整体性碳材料，其独特的单层碳原子经sp²杂化形成的二维蜂窝状晶格结构，赋予了石墨烯良好的机械性能和柔韧性，以及极大的比表面积。石墨烯的理论比表面积可高达2630m²/g，这意味着石墨烯在环保领域广阔的应用前景。目前所报道的石墨烯的制备方法主要有三种：

一是加热碳化硅(SiC)的方法；

二是机械剥离法；

三是化学合成法。

但以上方法均以石墨为制备原材料，存在制备成本高、制备效率低下等缺点，难以满足环境污染物处理的实际应用。

另外，石墨烯材料是一种疏水性物质，它对水中污染物的吸附是通过疏水作用和π-π堆积作用进行的，其中π-π堆积作用占主导地位。因此，石墨烯更适于吸附萘、菲、芘、多氯联苯等非极性芳香族化合物，且有机物中芳环越多，吸附量越大、吸附速率越快。同时，也正由于石墨烯材料的疏水性强，使其难溶于水，且石墨烯层间π-π堆积作用产生的范德华力，还导致其易团聚、分离困难，进一步限制了石墨烯在处理水中污染物，特别是重金属污染物方面的应用。依据现有文献，为改善石墨烯应用局限性，通常将石墨烯进行功能化处理来制备石墨烯类衍生材料，包括氧化石墨烯、三维石墨烯以及这些石墨烯类材料和其他有机物、无机物、高分子聚合物等相复合生成的功能化石墨烯材料。然而，这些功能化改性处理方法，均存在制备成本高、反应条件苛刻、产量低下、反应过程中会需用到有毒有害试剂等问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于重金属去除的类石墨烯生物炭及其制备方法，充分利用自然界广泛存在的植物花瓣作为生物炭碳源，采用热解、酸化氧化、及强碱活化等方法，成功地实现了对其成分和微结构的双重调控，合成了氮硫共掺杂的类石墨烯碳材料。本发明公开的制备工艺简单，条件温和，生产成本低，效率高，不使用有毒有害试剂，对环境友好等优点。由于本发明所制备的材料兼具石墨烯材料拥有大比表面积的微结构物理特性，以及表面富含巯基和氨基等硫氮官能团，经重金属吸附实验，证明所制备的材料对水溶液中的铅离子和镉离子具有较好的吸附效果。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于重金属去除的类石墨烯生物炭的制备方法，包括以下步骤：