[发明专利]LDHs改性生物质炭材料及其在重金属离子检测中的应用

说明书

本发明涉及一种LDHs改性生物质炭材料及其在重金属离子检测中的应用，通过热解法将生物质制备成生物质炭，然后将获得的生物质炭与钴铁硝酸盐水溶液混合并向其中加入适量尿素进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行水热处理，最后经过后处理得到纯净的LDHs改性生物质炭材料。该种LDHs改性生物质炭材料含有丰富的官能团和良好的层结构，其具有较大的比表面积，有利于对水体中重金属离子的捕集，提高了检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及改性材料领域，尤其是LDHs改性的生物质炭材料，具体涉及一种钴铁双金属氢氧化物纳米材料对生物质炭进行改性的材料制备方法及其在水体重金属离子检测中的应用。

背景技术

重金属污染因其隐蔽性、不可逆性和长期性的特点已成为全球性环境问题，尤其是重金属对水体的污染。在我国，重金属污染已成为我国水体环境污染的主要因素之一，水体中重金属污染物的存在将严重影响整个生态体系的平衡与发展。生物生长需要微量的重金属元素，但当重金属大量积累排入到水体环境后，就会长期的存在于水环境中，对水体统造成了不同程度的污染。当重金属浓度超过水体生物的承受能力时，重金属就会影响水体生态系统平衡，从而引起极大的危害。当水体重金属浓度超过植物体所需的阈值时，即使浓度很小，也会对水体中植物的酶活性产生不良影响，并且重金属还将长期存在于植物体中。当水生动物摄入水体植物后，重金属就会通过食物链进入动物体中，而动物体内的重金属又不易被降解吸收，最后会长期的存在于动物体内，最终通过食物链进入到人体，危及人类的身体健康和生命安全。

生物质炭在环境净化方面具有良好的吸附作用，其表面富含大量官能团，例如羟基、羧基等，但生物质炭与重金属离子的结合能力有限，用电化学方法对重金属离子进行检测，得到的检测效果并不理想。通过纳米材料对生物炭进行修饰改性，可以让生物质炭得到改善，来提升对重金属离子的检测效果，例如选用金属纳米材料等。

层状结构的双金属氢氧化物(LDHs)是一类具有丰富层结构的新型无机材料，其酸碱性、热稳定性、层间阴离子的可交换性以及结构记忆效应等特性已经广泛用作催化剂、阴离子交换材料、阻燃剂、吸附剂和药物投放剂等。用层状氢氧化物纳米材料改性生物质炭，能使其对重金属的吸附能力得到更好的改善，然而这种改性材料作为水体中检测重金属材料应用却很少有报道。

生物炭对重金属的吸附能力取决于其物理和化学性质，其受到原料、制备方法和制备条件的极大影响。原料生物炭从水溶液中吸附污染物的能力有限，特别是对于高浓度的污水。此外，粉末状生物炭由于其小粒径而难以与水溶液分离，颗粒或者块儿状的LDHs在处理污染物的能力受到限制。

因此，研制出各种类型的水体传感材料在室温下进行快速、准确检测重金属离子的种类，对人类的生活、生产等环境保护至关重要。目前应用于水体中检测重金属的材料主要为石墨烯复合材料，但其制备过程所耗时间长，所用费用高，无法大批量用于工业生产。

由于上述原因，本发明设计提出一种LDHs改性生物质炭材料及其在重金属离子检测中的应用，此种方法将层状双金属氢氧化物与生物质炭结合，当生物质炭被用作纳米材料的支撑框架时，可以减少纳米材料聚集，是一种环境友好型的节能材料。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种LDHs改性生物质炭材料及其在重金属离子检测中的应用，通过热解法将生物质制备成生物质炭，然后将获得的生物质炭与钴铁硝酸盐水溶液混合并向其中加入适量尿素进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行水热处理，最后经过后处理得到纯净的LDHs改性生物质炭材料。该种LDHs改性生物质炭材料含有丰富的官能团和良好的层结构，其具有较大的比表面积，有利于对水体中重金属离子的捕集，提高了检测灵敏度，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的之一在于提供一种LDHs改性生物质炭材料，该改性生物质炭材料由金属盐、生物质炭和沉淀剂得到。

所述金属盐包括铜盐、铅盐、锌盐、铁盐、镍盐、锰盐、镉盐、钴盐、汞盐中的一种或几种，优选地，所述金属盐为钴盐和铁盐的组合物；