[发明专利]一种单宁酸-生物质炭复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种单宁酸‑生物质炭复合材料及其制备方法和应用。将生物质炭材料置于单宁酸溶液中浸渍处理后，离心分离，冷冻干燥，即得孔结构发达，微孔占比高，比表面积大，且富含有极性修饰基团的单宁酸‑生物质炭复合材料，该复合材料对水中的有机污染物，特别是四环素具有吸附快速高效、吸附容量大等特点，特别适合用于四环素污染水体的修复。

技术领域

本发明涉及一种吸附材料，特别涉及一种单宁酸-生物质炭复合材料，还涉及一种单宁酸-生物质炭复合材料的制备方法以及单宁酸-生物质炭复合材料在吸附有机废水中的有机污染物方面的应用；属于有机污染废水处理技术领域。

背景技术

生物质炭是一种富含碳的物质，通常是由植物衍生的生物质，包括树枝、叶子、种子、树皮、玉米秸秆和果皮，在氧气有限的气氛中热解而成的。与其他许多吸附剂相比，BC具有价格便宜、吸附效率高的优点，在污染修复中得到了广泛的应用。生物质炭具有高度芳香化结构，表面多孔且含有丰富的含氧官能团，具有表面吸附和化学性质稳定的特性。生物质炭本身很难与周围的环境物质发生反应而消失，即使通过沉降、掩埋、风化等地质循环过程，仍然能在大气、土壤、沉积物、岩石、水体和冰体中大量存在。但是生物质炭在实际应用过程中仍然存在吸附效果较差的缺陷，难以推广应用，对生物质炭进行改性是提高其吸附性能的有效方法。目前，生物质炭改性的方法主要有氧化剂表面氧化、金属氧化物浸渍等，但是这些改性方法成本高，操作复杂，且对其吸附能力改善有限。

发明内容

针对现有技术中生物质炭材料及改性生物质炭材料存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种孔结构发达、微孔占比高、比表面积大，且富含有极性修饰基团的单宁酸-生物质炭复合材料，该复合材料能够有效吸附水中的有机污染物，特别是对四环素具有吸附快速高效、吸附容量大等特点，适合用于四环素污染水体的修复。

本发明的第二个目的是在于提供一种单宁酸-生物质炭复合材料的制备方法，该方法操作简单，成本低，且无需使用强氧化剂或金属氧化物等，避免使用成本较高的化工产品，同时避免改性过程带来的环境污染隐患。

本发明的第三个目的是在于提供一种单宁酸-生物质炭复合材料在吸附有机废水中的有机污染物方面的应用，该单宁酸-生物质炭复合材料添加在有机废水中可高效、快速、高容量吸附废水中的四环素等有机污染物，达到净化水质的目的。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种单宁酸-生物质炭复合材料，由生物质炭材料负载单宁酸构成。

本发明的单宁酸-生物质炭复合材料以生物质炭材料为基体材料，生物质炭材料本身具有比表面积大、孔结构丰富以及表面含有极性基团的特点，但是生物质炭材料用于吸附水中的有机污染物过程中仍然存在吸附容量小，吸附速率慢等缺点。本发明关键在于选择单宁酸对生物质炭材料进行表面修饰改性，提高生物质炭材料的吸附性能。一方面，选择的单宁酸溶于水，可以利用生物质炭材料的吸附作用通过液相浸渍方法来实现单宁酸对生物质炭材料表面的修饰，另一方面，选择的单宁酸本身为多酚类化合物，其苯环结构与生物质炭材料的芳香化结构相容性好，且其酚羟基与生物质炭材料表面的极性基团通过氢键键合，从而单宁酸可以很好地通过物理和化学作用力与生物质炭材料表面结合，对生物质炭材料表面进行稳定、均匀修饰，第三方面，选择的单宁酸富含相邻活性酚羟基，不但能够大大提高生物质炭材料表面的亲水性，而且能够对极性有机污染物产生螯合吸附，大大提高生物质炭材料对水中有机污染物的吸附容量和吸附效率。

本发明还提供了一种单宁酸-生物质炭复合材料的制备方法，该方法是将生物质炭材料置于单宁酸溶液中浸渍处理后，离心分离，冷冻干燥，即得。

作为一个优选的方案，所述单宁酸溶液的浓度为0.4～4g/L，pH值为3.0～5.0。单宁酸溶液的pH值通过盐酸溶液或氢氧化钠溶液等进行调整。在优选的浓度范围内，单宁酸的浓度越高，其在生物质炭材料的表面负载量越高，越有利于提高生物质基炭材料对有机污染物的吸附能力，单宁酸的浓度优选为1～4g/L。而单宁酸浓度高于4g/L，对生物质基炭材料吸附有机污染物的能力改善效果不明显。