[发明专利]一种臭氧-氮掺杂多孔生物质炭复合材料及其制备方法

说明书

一种臭氧‑氮掺杂多孔生物质炭复合材料及其制备方法，本发明涉及属于生物质炭材料技术领域，为提供一种高吸附的臭氧‑氮掺杂多孔生物质炭复合材料，本发明以竹子生物质和含氮化合物为原料，经温煅烧和臭氧化之后，得到臭氧‑氮掺杂多孔生物质炭复合材料，该材料吸附性能和阻燃性能好，可用作VOC吸附材料和阻燃材料。

技术领域

本发明涉及属于生物质炭材料技术领域，尤其是涉及一种具有吸附VOC吸附和阻燃能力的多功能材料的高比表面积生物质炭材料的制备方法。

背景技术

生物质是利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素，以及农产品加工业下脚料、农林废弃物等物质，其最主要的特点是来源广、成本低、可再生，且以生物质为原料制备的多孔炭材料具备较高的比表面积和良好的吸附性、润湿性，被认为是吸附材料的理想选择。然而，不同的生物质原料得到的炭材料形貌差别大，性能也有较大不同，因此选择合适的生物质原料，方可使得到的炭材料具备较高的比比表面积、高的吸附容量、较大的比电容、良好的循环稳定性，且制备方法简单、成本低、产率高。

挥发性有机化合物(VOCs)的排放已成为许多任务业生产过程中最严重的环境威胁之一。由于挥发性有机化合物的浓度较低，微孔吸附剂是减少挥发性有机化合物的理想吸附剂，最常用的微孔材料就是炭材料(包括生物质炭材料，活性炭等)。但现今由于多孔碳材料的制备过于复杂，且选择的碳源多为有机物，不仅增加了成本，而且在制备过程中对人体产生了一些伤害且对环境造成了再次污染。在许多发展中国家，废物生物质主要通过掩埋处置或直接焚化，这造成了严重的环境污染和资源浪费。通过适当的工艺处理将这些废物转变成高附加值的化学产品具有重要的意义和价值，为了充分利用资源并发展可持续的化学方法，采用简单的方法将废物生物质转化为高附加值的高性能多孔碳材料是非常有前途的。

生物质炭材料不仅工艺简单而且大大的降低了生产成本，在制备过程也不会对生产者造成身体上的伤害而且没有再次污染，因此是比较理想的炭材料。生物炭是在缺氧状态下高温热解生物质材料而成的一种新型环保材料，生物炭表面具有丰富的孔径结构和官能团，能够有效地吸附多种污染物，从而达到净化水质、改善空气、修复受损土壤的目的。生物炭能对水中抗生素、重金属等污染物具有较好的吸附效果，但是如何制备得到特定的生物质炭材料从而能够应用到VOC吸附领域，为了进一步提高其吸附污染物性能，需要对生物炭进行改性以增强工程应用潜力，这是现在亟待解决的技术问题。

发明内容

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种层状结构的聚合物，禁带宽度低，因其电子结构可调、易于合成和物理化学稳定性等优势被广泛应用于催化和阻燃。目前是材料领域的新宠，其具有无毒，廉价易得，制备方法简单，稳定性好等突出优点。现有技术中对氮化碳的制备方法一般是将三聚氰胺或者是尿素等预聚物直接煅烧后得到。为此我们提出一种臭氧-氮掺杂多孔生物质炭复合材料的制备方法以达到具有VOC吸附和阻燃能力的多功能材料。

一种臭氧-氮掺杂多孔生物质炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一、制备竹子生物质：将竹子生物质用去离子水清洗，清洗后置于烘箱中烘干，含水量为15％或以下，然后用粉碎机将烘干后的竹子生物质粉碎过筛；

烘干温度为80℃-105℃，时间为15-17h，烘干后，所述竹子生物质粉末过筛的目数为60-100目。

第二、制备混合物：取一定复合比的上述竹子生物质粉末和含氮化合物，加水，超声搅拌和加热至溶解，形成过饱和溶液，再降温结晶，得到固态混合物：

所述竹子生物质粉末和含氮化合物的复合比(重量比)为1∶0.25-5。

所述的含氮化合物为尿素、三聚氰胺或硫脲中的一种或多种。

所述竹子生物质粉末和含氮化合物超声搅拌的时间为60～120min，频率为70-80KHz，搅拌温度为20-95℃。