[发明专利]生物炭基叶角质仿生膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种生物炭基叶角质仿生膜，用于选择性吸附和催化氧化环境中的有机污染物，其特征在于，由仿蜡质层、仿角质层和仿角碳层顺序叠加复合而成；

其中所述仿蜡质层为平均孔径小于200纳米的聚二甲基硅氧烷膜层，用于选择性渗透疏水有机污染物而排阻其他干扰物质；

所述仿角质层为孔径小于1微米且掺杂有第一生物炭的聚偏氟乙烯纤维层，所述第一生物炭为300～400℃热解温度下得到的生物炭；

所述仿角碳层为孔径2～5微米且掺杂有第二生物炭的聚偏氟乙烯纤维层，所述第二生物炭为700～900℃热解温度下得到的生物炭，用于活化过硫酸盐。

2.如权利要求1所述的生物炭基叶角质仿生膜，其特征在于，所述第一生物炭的热解温度控制在300℃。

3.如权利要求1所述的生物炭基叶角质仿生膜，其特征在于，所述第二生物炭的热解温度控制在700℃。

4.一种如权利要求1～3任一所述的生物炭基叶角质仿生膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将300～400℃热解温度下得到的生物炭作为第一生物炭，将第一生物炭均匀分散于二甲基乙酰胺中，然后加入聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混匀，离心脱气后作为第一前驱体液；

S2、将700～900℃热解温度下得到的生物炭作为第二生物炭，将第二生物炭均匀分散于二甲基乙酰胺中，然后加入聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混匀，离心脱气后作为第二前驱体液；

S3、将第二前驱体液在玻璃基底上刮涂成膜，形成仿角碳层；

S4、将第一前驱体液在所述仿角碳层表面进一步刮涂成膜，形成仿角质层；

S5、将具有仿角碳层和仿角质层的玻璃基底烘干，然后经过在乙醇和去离子水的凝固浴中浸泡后，从玻璃基底上剥离由仿角碳层和仿角质层叠加组成的生物炭复合膜，将生物炭复合膜转移至纯水浴中浸泡；

S6、将纯水浴浸泡完毕的所述生物炭复合膜作为基底膜，将28～32wt％的PDMS溶液旋涂于仿角质层的表面，形成仿蜡质层。

5.如权利要求4所述的生物炭基叶角质仿生膜的制备方法，其特征在于，所述的第一生物炭和第二生物炭均采用限氧热解法制备，制备方法为：

将木屑用去离子水洗净并在105℃烘箱干燥一夜后，风干两天；然后对生物质原料进行粉碎和过筛，得到通过100mm筛网的生物质；将过筛后的木质生物质放入陶瓷锅中，并盖上盖子形成限氧环境，然后以5℃ min^-1的升温速率升温至目标温度后保持，其中第一生物炭的目标温度为300～400℃，第二生物炭的目标温度为700～900℃，热解6小时后得到对应的生物炭，最后将生物炭在水中清洗去除水溶性无机物质后干燥，完成制备过程。

6.如权利要求4所述的生物炭基叶角质仿生膜的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体液和第二前驱体液的配方中，除生物炭之外的组分相同，制备方法为：

将0.5g对应的生物炭加入20g二甲基乙酰胺中，超声处理至均匀分散，然后再加入4g聚偏氟乙烯和0.5g聚乙烯吡咯烷酮，在70℃下连续搅拌直至溶液混合均匀，在3000rpm转速下离心5min完成脱气，得到对应的前驱体液。

7.如权利要求4所述的生物炭基叶角质仿生膜的制备方法，其特征在于，所述仿角质层和仿角碳层的膜体厚度依次为100μm、100μm。

8.如权利要求4所述的生物炭基叶角质仿生膜的制备方法，其特征在于，所述28～32wt％的PDMS溶液是通过将PDMS的单体和交联固化剂按照质量比10：(1～2)加入正己烷溶剂中混匀得到的。

9.一种如权利要求4～8任一所述制备方法制备的生物炭基叶角质仿生膜。

10.一种选择性分离催化膜的土壤或水污染高级氧化修复应用，其特征在于，以权利要求1或2或3或9所述生物炭基叶角质仿生膜作为隔离膜形成不直接连通的供给侧和接受侧；所述供给侧位于所述仿蜡质层一侧，用于通入待处理的有机污染溶液；所述接受侧位于所述仿角碳层一侧，用于通入过硫酸盐氧化剂溶液；且所述有机污染溶液中仅有目标有机污染物分子能够穿透所述仿蜡质层，而干扰组分无法穿透所述仿蜡质层；优选的，所述有机污染溶液为废水或者土壤淋洗溶液，所述目标有机污染物分子为蒽、菲、芘和抗生素磺胺甲恶唑，所述干扰组分包括水分、盐和腐殖质。