[发明专利]MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂及其制备方法和应用，所述方法采用乙酸镁作为碱源注入生物炭，然后与氢氧化钾活化剂混合，水洗浸出K⁺，两次高温碳化后在生物炭上原位生成分散均匀的MgO，制得MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)所述工艺操作简单，可重复性高，对环境友好，同时实现了柚子皮废弃物的利用；(2)所述工艺采用乙酸镁对生物炭进行原位改性，其对二者的混合方式打破了现有技术中常规的研磨混合，大大提高了二者混合的均匀度；(3)制得的吸附剂具有超高的比表面积和孔容，对乙酸和本具有超强的吸附能力和可逆脱附行为，也大大降低了其吸附热，对乙酸/苯的吸附具有极好的选择性。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种新的挥发性有机化合物的吸附材料，具体为MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙酸(CH₃COOH)是一种挥发性有机化合物(VOC)，具有独特的酸味和刺鼻气味。长时间暴露在10ppm的乙酸蒸汽中会对眼睛、鼻子和呼吸道造成刺激，如达到1000ppm时则会对身体造成严重损害。食物残渣、固体废物、生活污水和木质建筑材料的分解也容易产生乙酸，这对人类健康均有不利影响。现有技术中清除乙酸常采用以下方法：电膜分离吸附、沉淀、生物过滤和静电空气净化。在这些方法中，活性炭吸附法因其具有大的表面积、丰富的微孔、较高的成本效益和可再生性的优势，在去除挥发性有机化合物方面获得了广泛的应用。然而，纯活性炭很难通过其表面化学性质以及乙酸和活性炭之间弱的亲和力获得增强的吸附性能。在本课题组之前的研究中，通过在活性炭上引入氮位以解决吸附性能的问题，然而氮掺杂剂的消耗量非常大，并且伴随着氮元素的明显损失，造成额外的环境污染，而且还存在吸附的乙酸难以解吸的情况。近年来，与普通活性炭材料相比，将金属氧化物引入多孔炭材料引起了广泛关注。由于活性炭的大表面积以及金属氧化物和挥发性有机化合物之间的亲和力的提高，由此产生的多孔碳/金属氧化物复合材料具有良好的物理吸附性能。氧化镁是一种廉价的碱土金属氧化物，可作为吸附剂在室温和常压下捕获挥发性有机化合物。然而，通过热分解醋酸镁制备的氧化镁通常呈现较差的结构性能，这是限制氧化镁应用的主要因素。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，提供一种结构性能良好的负载氧化镁的改性生物炭，提高乙酸和苯等有机挥发性化合物的吸附能力和可逆脱附行为，降低吸附热，且具有极佳的选择性；鉴于此，本发明提供了MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂及其制备方法和应用。

技术方案：MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂的制备方法，所述方法采用乙酸镁作为碱源注入生物炭，然后与氢氧化钾活化剂混合，水洗浸出K⁺，两次高温碳化后在生物炭上原位生成分散均匀的MgO，制得MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂。

所述方法具体包括以下步骤：

S1、选用市售柚子皮作为生物炭来源，将柚子皮切碎、洗净、烘干；

S2、将烘干后的柚子皮置于管式炉中进行第一次高温碳化，高温碳化温度为300～500℃，碳化时间为1～3h；

S3、高温碳化后的柚子皮研磨粉碎至20-100目的粉末，制得柚子皮生物炭粉末；

S4、将柚子皮生物炭粉末与乙酸镁混合均匀，再加入氢氧化钾混合；其中，混合的质量比为柚子皮生物炭粉末:氢氧化钾:乙酸镁＝1:4.5:0.05～0.3；

S5、将S4的混合物置于管式炉中，进行第二次高温碳化，高温碳化温度为700～850℃，活化时间为1～3h；结束后取出洗涤、过滤得滤液和滤渣；

S6、取S5的滤渣置于烘箱内，过夜烘干制得MgO原位改性的生物炭VOCs吸附剂。

优选的，S1中采用去离子水洗净，并于110℃的烘箱中过夜干燥。