[发明专利]一种废纸基生物炭及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种废纸基生物炭及其制备方法与应用，属于固废处理技术领域。本发明的废纸基生物炭的制备方法，是以硝酸L‑半胱氨酸离子液体水溶液作为处理剂先对废纸进行预处理；然后再对预处理后的废纸基纤维进行炭化处理形成废纸基生物炭；其中硝酸L‑半胱氨酸离子液体水溶液作为处理剂，不仅能够去除废纸中残留的木质素等物质，还能有效提高生物炭的孔隙率和比表面积，使得最终制备的废纸基生物炭具有较强的吸附性能，对有机污染物的去除率能够达到99％以上，避免了强酸碱以及强氧化剂的使用，减少环境污染。

技术领域

本发明涉及一种废纸基生物炭及其制备方法与应用，属于固废处理技术领域。

背景技术

生物炭作为一种环保经济的新型碳材料，具有微孔结构丰富、比表面积大、吸附能力强等独特的结构及理化性质，被广泛应用于吸附、土壤修复、催化等多个领域。

制备生物炭的有机原料包括农业废弃物，如秸秆、稻壳、椰壳、城市污泥等固体废弃物。不同的原料具有不同的元素组成和比例，因此制备得到的生物炭也会表现出不同的性能。原生生物炭存在许多不足之处，为了更好的适应在环境中的应用需求，往往需要对生物炭进行后处理。目前最常用的后处理方法是将生物质炭化后，使用较高浓度的酸碱或氧化剂溶液浸渍，从而增加生物炭的孔隙率和比表面积；由于酸碱和氧化剂一般对环境和操作者健康影响较大，因此有必要研究更为绿色的处理方法。

废纸是一种生活中最常见的生活垃圾，目前废纸的回用方式主要为建筑材料原料、加填剂或者二次新闻纸。由于使用废纸作为生物炭原料，需要对废纸进行脱墨处理，工艺复杂，并且脱墨处理后的废纸基生物炭孔隙率和比表面积较低、表面光滑，不利于对污染物的吸附。

因此，目前很少用废纸作为生物炭原料的相关报道。

发明内容

[技术问题]

现有技术中，对原生生物炭活化处理通常需要使用较高浓度的酸碱或氧化剂溶液，容易对环境和操作者健康造成较大的影响；尤其是废纸原生生物炭，通常需要预先对废纸进行脱墨处理，工艺复杂，并且处理后的废纸基生物炭孔隙率和比表面积较低、表面光滑，不利于对污染物的吸附。

[技术方案]

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种废纸基生物炭及其制备方法与应用，该方法工艺简单，使用环境友好的离子液体作为预处理剂，用于处理废纸，能够有效的去除废纸中残留的木质素等物质，提高废纸原生生物炭的孔隙率和比表面积；然后再将预处理后的废纸基纤维制备成生物炭，该生物炭对多种有机物具有很高的吸附能力，去除率能够达到99.99％，有效避免了强酸碱和氧化剂的使用，减少环境污染。

本发明的第一个目的是提供一种废纸基生物炭的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)废纸预处理

以硝酸L-半胱氨酸离子液体水溶液作为处理剂对废纸进行预处理，得到废纸基纤维；

(2)废纸基生物炭的制备

将步骤(1)得到的废纸基纤维置于管式炉中，在氮气的环境下进行炭化处理，控制温度上升速率为5℃/min，在650～850℃下炭化60～70min；取出后洗涤至中性、烘干，即得废纸基生物炭(K-C-BC)。

在一种实施方式中，步骤(1)所述预处理是将硝酸L-半胱氨酸离子液体与废纸混合，于高压灭菌锅中，在105～110℃、0.01-0.02Mpa，反应3～5h；待降温为室温后取出，抽滤使其固液分离，然后用去离子水反复洗涤，留下的固体样品，直至洗涤后的废液无气泡；再用无水乙醇洗涤2～3次，将洗涤后的样品烘干，形成废纸基纤维即可。

在一种实施方式中，步骤(1)所述硝酸L-半胱氨酸离子液体水溶液与废纸的液固比为20～30：1，ml:g；硝酸L-半胱氨酸离子液体水溶液中硝酸L-半胱氨酸离子液体的质量浓度为70～75％。