[发明专利]一种吸附重金属的木质生物炭材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种吸附重金属的木质生物炭材料及其制备方法，首先选取木质生物质原料，然后对生物质原料进行物理和化学处理，得到生物质纳米纤维气凝胶，再置于保护气体中高温热解，最后通过碱高温活化，制得多孔生物炭纤维气凝胶材料。本发明制备工艺设计合理，操作简单，制备的生物炭纤维气凝胶为三维的多孔结构，不仅提高了吸附的效率，还延长了生物炭材料回收利用的使用寿命。

主权项

1.一种吸附重金属的木质生物炭材料及其制备方法，其特征在于：首先选取木质生物质原料，然后对生物质原料进行物理和化学处理，得到生物质纳米纤维气凝胶，再置于保护气体中高温热解，最后通过碱高温活化，制得多孔生物炭纤维气凝胶材料；一种吸附重金属的木质生物炭材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，将收集到的木质生物质原料自然风干或者冷风干燥后，清理泥沙等杂质，再通过粉碎机进行粉碎处理，最后过50～100目筛得到木质生物质粉末；步骤二，将得到的木质生物质粉末进行化学抽提，直至生物质粉末逐渐变白；再进行酸处理，碱处理，最后得到漂白的木质生物质纤维浆液；步骤三，将得到的木质生物质纤维浆液配置成1～5％的分散液，常温常压下磁力搅拌30～60min，然后利用匀浆机处理15～30min，最后再通过盘磨或者胶磨处理5～20min，得到分散均匀的木质生物质纤维分散液，将木质生物质纤维配制成0.1～1wt％的分散液；步骤四，取上述配制的分散液1L，加入0.05～5M的磷酸缓冲溶液，磷酸缓冲溶液的pH值为6.8，需要取磷酸缓冲溶液的体积为95～950ml，常温常压下磁力搅拌5～10min，得到分散均匀的溶液，然后向溶液中加入0.1～1mmol的TEMPO，1～10mmol的NaClO和10～100mmol的NaClO2，立即密封该反应体系；该体系继续在磁力搅拌下加热到65～85℃，反应1～3h后，加入5～50ml无水乙醇结束该体系氧化反应，冷却到室温；步骤五，利用去离子水将上述氧化反应后得到的分散液洗至中性；然后配置成浓度为0.01～0.8wt％的溶液，在冰水浴条件下，温度控制在25～30℃，通过功率为1000～1500W的超声波细胞粉碎机进行粉碎处理，处理时间为15～90min，得到分散均匀的木质生物质纳米纤维分散液；步骤六，将得到的纳米纤维分散液进行离子交换柱处理，即可得到纳米纤维水凝胶；步骤七，将纳米纤维水凝胶经干燥处理即得纳米纤维气凝胶；步骤八，将得到的纳米纤维气凝胶置于管式炉中，然后将管式炉进行抽真空处理，直到相对真空度为‑0.1～‑0.06MPa，然后缓慢通入保护气体直到压力恢复到正常大气压，继续通入保护气体，以5～10℃/min的升温速度升温至600～900℃并保温1～3h，最后以10～20℃/min的降温速度降至室温，即可得到生物炭纤维气凝胶；步骤九，将上述得到的生物炭纤维气凝胶完全浸泡到1～2mol/L的碱性溶液中，温度控制在25～30℃，相对真空度控制在‑0.1～‑0.05MPa，保持1～2h，然后真空干燥处理，去掉多余的水分；步骤十，将上述得到的生物炭纤维置于管式炉中，以5～10℃/min的升温速度升温至700～900℃并保温0.5～1h，然后以10～20℃/min的降温速度降至室温，然后将碱活化处理后的生物炭纤维气凝胶进行酸处理，最后用去离子水将生物炭纤维气凝胶表面冲洗至中性即可得到多孔的生物炭纤维气凝胶。