[发明专利]一种高比表面积生物质多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高比表面积生物质多孔碳材料的制备方法，该方法在惰性气氛保护的加热条件下，以木质素磺酸钠为碳前驱体，以无水碳酸钾为活化剂，与N掺杂剂制备得到生物质多孔碳材料；本发明还公开了一种高比表面积生物质多孔碳材料及其在去除水体中氯霉素的应用。本发明以廉价易得、来源稳定的木质素磺酸钠为原料，利用活化剂与碳反应以促进孔隙的形成，且N掺杂剂参与制孔过程，促进了碳材料中孔隙的增大和孔结构的增加，提升了生物质多孔碳材料的比表面积和孔隙结构，有利于提高对污染物的吸附量；本发明的制备方法简单，且效率高，原料成本降低，易于推广；本发明的生物质多孔碳材料对水体中的氯霉素具有优异的吸附作用，且吸附性能稳定。

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种高比表面积生物质多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

氯霉素是一种对革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌、厌氧的拟杆菌、立克次氏体、衣原体及菌质体都有抑制作用的抗生素，自1947年被分离成功后，凭借其价格低廉，抗菌谱广，易保存等优点广泛的用于牲畜业，水产养殖业，药品，化妆品等方面。但氯霉素会引发再生障碍性贫血，皮疹，药物热，血管神经性水肿，剥脱性皮炎等疾病。目前在世界各地水体环境中检测到氯霉素的报道越来越多，如何有效控制其含量的问题愈发紧迫。吸附法是一种高效快速稳定的氯霉素去除手段，但是吸附剂商业活性碳高昂的价格限制了其应用。

多孔碳材料因其高比表面积，丰富的孔隙率和高耐腐蚀性而被广泛用于超级电容器、催化剂、储氢、催化等领域。但是在目前的研究中，大量碳材料并不是由环保、可持续或廉价易得的原料制成的，例如化石能源、高分子聚合物等，并不适合大规模实际应用。因此，生物质材料以其环境友好性、丰富性和易得性等优点引起人们广泛关注。木质素是一种可再生的碳源，是地球上仅次于纤维素的第二大生物高聚物。尽管木质素有大规模利用的潜力，当今却只有3％的木质素得到了利用。木质素磺酸钠(SLS)，作为木质素用于制浆产业的副产物，每年大致产生7000万吨。与木质素相比，SLS还含有许多含氧官能团，例如β-O-4′和α-O-4′键，使其大大提高了水溶性，扩展了应用范围。因此，木质素磺酸钠的再利用具有广阔前景。

孔的几何结构(包括直径，长度和曲折度等因素)是评价多孔碳材料性能的关键因素。碳前体可以通过物理活化或化学活法的方法转变为碳材料。相对于前者，化学活化法所制成的碳具备更高的比表面积和孔隙率。常用的活化剂包括碱(KOH、K₂CO₃和KHCO₃)、酸(H₃PO₄)和金属盐(ZnCl₂)。使用ZnCl₂作为活化剂具有能耗低的优点，但其挥发性和毒性对环境构成威胁。H₃PO₄具有运行成本低的优点，但其活化制得的碳比表面积低于碱处理。