[发明专利]一种生物质体相炭材料及其制备和在环境修复领域的应用

说明书

本发明属于材料科学与环保技术领域，公开了一种生物质体相炭材料及其制备和在环境修复领域的应用。本发明制备方法包含以下步骤：将芭蕉科植物的废弃物以块体的形式直接干燥、收集备用；将芭蕉茎块用碱液进行处理、洗涤、干燥；将碱处理后的芭蕉茎块碳化，碳化所得样品切割成尺寸适用的块体，得到生物质体相炭材料。利用芭蕉科植物的废弃物的天然有序的多孔结构，通过碱处理和碳化的方法获得具有自支撑三维结构和分级孔隙结构的体相(块体)炭材料，所得炭材料还具有杂原子自掺杂特性。该生物质体相炭材料具有分级多孔结构和杂原子掺杂特性，可用于环境修复领域，如吸附水体中的重金属离子和有机染料，且使用后可回收再利用。

技术领域

本发明属于材料科学与环保技术领域，具体涉及一种生物质体相炭材料及其制备和在环境修复领域的应用。

背景技术

随着社会进步、工业发展和人口增加，环境污染问题日益突出。近年来，水体污染问题(如重金属、燃料、塑料添加剂等)给生态环境、食品安全及人类健康造成了巨大的威胁。重金属污染具有治理难度大、污染周期长、潜伏危害大等特点，是当今环境领域和社会领域关注的焦点问题之一；而有机染料会降低水体透明度、抑制光合作用，导致生态系统紊乱，并通过食物链富集危害人类身体健康，因此开发切实有效的处理方法治理水体污染尤为重要。其中，吸附法具有操作简单、效率高、无二次污染等特点，是目前处理重金属和染料污染最有效的方法之一。

生物质炭，是指废弃生物质(如农作物废弃物、城市垃圾以及动物粪便等)在缺氧或微氧条件下高温热解制备的一类富含碳素的固体产物，具有来源广泛、价格低廉、比表面积大等、表面官能团丰富特点，被广泛用于水体污染物治理。据估算，国内生物质能源总量中，可用于开发利用部分相当于约七亿吨标准煤。随着农业、林业的发展，我国可利用的生物质资源也将逐步增多，未来将有非常大的开发、利用潜力。由于不同原料在不同热解条件和改性方法下获得的生物质炭具有多样化的物理化学特性，因此原料的选择和制备条件的调控对生物质炭的合成与应用尤为重要。

芭蕉科植物主要分布在亚洲及非洲热带地区，种类繁多、生长周期短、产量极高，每年产生大量的废弃物，造成了巨大的环境压力和资源浪费。芭蕉科植物的杆和茎叶不仅含碳量高，且含有丰富的磷、硫、氮等杂原子(胡萝卜素、尼克酸、硫胺素等)，是一种理想的前驱体，可用于杂原子自掺杂多孔炭的制备。

现有技术公开了一种以芭蕉科植物为原料制备具有吸附性能活性炭的方法，该方法使用芭蕉科植物原料磨成粉末，制备成粒径较小的粉末状活性炭。该种活性炭在吸附水中的有害物质后难以从水体中分离出来，易造成二次污染。该方法中还采用了酸性溶液的水热炭化工艺，然后在经过固体粉末活化剂在高温碳化活化处理，该工艺步骤复杂，产品对重金属离子(Pb²⁺、Cd²⁺和Cu²⁺)和亚甲基蓝的吸附能力都较差。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种生物质体相炭材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种生物质体相炭及其应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种生物质体相炭材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将芭蕉科植物的废弃物切成小块，在阳光下晾晒去除表面水分，再放入恒温干燥箱中进一步去除水分；

(2)将芭蕉科植物废弃物小块浸渍于一定浓度碱溶液中，然后通过真空浸渍或超声处理，待反应结束后，将碱处理后的芭蕉科植物废弃物小块进行洗涤和干燥；

(3)将碱处理后的芭蕉科植物废弃物小块置于坩埚，放置在管式炉中，在氮气条件下高温煅烧；将碳化所得样品切割成适宜的大小，得到生物质体相炭材料。