[发明专利]一种中空结构生物质碳材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种中空结构生物质碳材料的制备方法及其应用，通过将生物质碳材料清洗烘干后进行粉碎，20目过筛；称取过筛后的椰壳10 g于烧杯中，加入20 g NaOH和100 g水；然后用玻璃棒不断搅拌，使NaOH、水和椰壳充分混合，再放入80℃烘箱中烘干，将烘干的原料放入管式炉中通入N₂，600℃煅烧1小时后得到改性后的中空椰壳生物质碳。本发明以椰壳为主要碳源，用氢氧化钠（氢氧化钾）进行预混处理改性，得到的吸附剂不仅使生物质碳材料本身的多孔结构得到有效的保留，且碱活化后又赋予材料亲水性吸附基团，将制得的中空结构生物质碳吸附剂用于25 ppm MB的吸附，在pH6.7和10条件下改性碳材料去除效率高于94%，比原椰壳高10%，具有更强的普适性。

技术领域

本发明属于吸附材料制备技术领域，涉及生物质碳材料，具体涉及一种中空结构生物质碳材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业的快速发展及生产技术的增长，人们对纯净的水质的需求逐年增长。同时，水量的减少及部分地区的匮乏，已经严重影响了全球范围内的数以万计的人群。水体污染严重影响人体健康和环境及生态问题。由于大部分染料对水生生物有剧毒性，所以织物、造纸、地毯、皮革和印染企业所产生的大量有色废水必须在排入水体前要将其很好的净化处理。其中，以亚甲基蓝染料为例，该染料在织物和染纸行业中是一种被广泛使用的常见染料，由于其稳定的芳环结构使得它在环境中很难被降解。因此，快速有效去除亚甲基蓝染料成为了研究领域中的重点。作为经济高效处理染料废水的吸附法，首先需要解决的瓶颈问题就是经济、普适、高效的吸附剂的选择和简单易操作的改性技术两个方面。吸附剂的优选决定了吸附量及其他吸附效果，使得吸附过程可操作性较强。首先，在多孔吸附剂的选择方面，现有吸附剂材料在后期吸附性能的测试环节中，要么受限于特殊染料浓度的选择，要么受限于较慢的吸附时间，更有甚者会随着吸附次数的增加而受到严重污染，无法再次投入应用。本专利着眼于生物质碳材料的制备技术，得到孔结构的生物质碳材料，使得制备的碳材料在较宽的染料浓度和较快的吸附平衡时间，满足实际的吸附条件要求。

现有生物质碳材料改性技术有两类，直接碳化法是在惰性气体保护下对生物质碳材料进行高温处理，去除非碳元素，使碳原子富集形成碳材料。在高温高压隔绝空气条件下直接进行高温碳化，有机物中的大分子分解成小分子，例如碳、水蒸气和二氧化碳等。但存在比表面积低，吸附效果较差的缺点；

化学活化是利用化学活化剂和原材料在高温下反应完成的，化学活化法的碳化过程和活化过程可以一步完成。化学活化法用氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾和氯化锌等活化剂进行高比表面积和高中空体积碳材料的制备。这种方法优点是能耗低，反应温度低。化学活化中首先利用活化剂的刻蚀作用，高温时的钠、钙等元素在碳骨架中形成多孔结构，提高了碳材料的比表面积。其次，反应过程的副产物二氧化碳对碳材料起到了化学物理活化作用。再者，钠、钾等原子能插入碳层使其发生膨胀，产生中空形貌结构。高比表面积和高中空体积碳材料由于其丰富的孔结构和吸附位点而具有优异的吸附性能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供了一种中空结构生物质碳材料的制备方法，利用价廉易得的生物质碳材料为碳源，通过碱预处理后再高温碳化制备成高效吸附剂。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方是：一种中空结构生物质碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1. 碱改性：将生物质碳材料放入烧杯中按其与碱活化剂、及水三者质量比1:2:10混合搅拌；

S2. 制备吸附剂：对S1的混合物搅拌后放入烘箱，60-85 ℃下，烘干24-48h, 然后放入管式炉中通入N₂，500-600 ℃煅烧0.5-1.5 h得吸附剂。

优选的，S1中,所述的生物质碳材料为粉碎的椰壳、玉米秸秆中的一种或两种的混合。

优选的，S1中,所述碱活化剂选用氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种的混合。

优选的，S1中,所述椰壳为清洗烘干后粉碎，过20目筛的椰壳。