[发明专利]生物炭胺硫双基团改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物炭的改性方法，属于环境应用材料领域。

背景技术

生物炭（biochar）是由动植物残体在缺氧或无氧环境下，经过缓慢的高温加热裂解生成的难容的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。自2007年Lehmann在《自然》杂志上上发表了”A handful of carbon” ，科研工作者开始逐渐关注生物炭。

生物质例如农作物秸秆、废木屑、禽畜粪便、淤泥等在缺氧条件下制成生物炭首先避免了大量的碳排放、提供了环境领域变废为宝、增汇减排的新模式；同时生物炭含有丰富的营养元素，将其施用于土壤的改良，不仅可以改善土壤的理化性质和微生物特性，增加土壤肥力和土壤平直；再者生物炭多孔隙的高比表面积及其特殊改性可以将生物炭的

应用领域扩充到生活和生产的方方面面。

但是生物炭灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小、吸附选择性差等缺点，且受到表面官能团及电化学性质的限制，使其对水中污染物的吸附去除作用有限，远不能高效工业化生产利用的特点。随着近年来各种工程实践中所遇到的问题更加复杂，对生物炭性能的要求也越来越高，生物炭改性研究成为相关领域的热点。

发明内容

为解决现有生物炭在重金属吸附特性上的不足，氨基和含硫基团与重金属离子可以形成很强的络合、螯合基团，因此本发明对生物炭的胺硫双基团的改性方法进行研究，以期提高生物炭的重金属吸附及钝化能力。

为解决上述问题，提供一种生物炭胺硫双基团改性方法，包括如下步骤：

步骤1. 加入硝酸溶液，将生物炭进行硝酸酸化氧化处理，超声震荡2~5小时，离心洗涤至中性，得到酸化活化生物炭BC-O；

步骤2. 调整活化生物炭BC-O溶液的pH，在40℃-60℃恒温条件下加入甲醛，反应20min~50min，逐滴加入多胺，反应4~6h，得到氨基改性生物炭BC-N；

步骤3. 冷却至室温后，加入质量分数40~50%的NaOH，再滴加二硫化碳进行硫基反应，滴加完毕后升温至60-80℃，恒温反应5~7h；离心洗涤，干燥后得到胺硫双基团改性生物炭BC-SN。

优选的：步骤（1）的反应体系中，硝酸浓度为6~10mol/L。步骤（2）中，调整活

化生物炭BC-O溶液的pH至10~12。步骤（2）的反应体系中，活化生物炭BC-O：甲醛：多胺的摩尔比为1:（0.8~0.9）:（1.1~1.2）。步骤（3）反应体系中的氢氧化钠和二硫化碳的投入量与步骤2中的多胺的比例为：多胺：氢氧化钠：二硫化碳的摩尔比为：1:（1.1~1.2）:（0.8~0.9）。所述的多胺类物质为含有两个及以上氨基的化合物，包括乙二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺。

有益效果：本发明提供了一种生物炭的胺硫改性方法，对于水中的重金属离子的吸附能力较未改性的生物炭有质的提高，对于土壤中的重金属有很强大的钝化能力，同时胺硫改性生物炭的投加可以改善土壤的理化性质。

附图说明

图1a和图1b分别为生物炭胺硫双基团改性前后的SEM图。

图2a和图2b分别为生物炭胺硫双基团改性前后的第五秒水滴角图。

图3a和图3b分别为生物炭胺硫双基团改性前后的XPS中N、S的单峰图。

图4a至图4c分别为生物炭胺硫双基团改性前后对铅、镍、镉三种重金属离子的平衡吸附量。

图5是胺硫双基团改性的原理图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做具体说明。

实施例1

一种生物炭的胺硫改性方法，具体改性的步骤如下：

（1）将生物炭进行硝酸酸化氧化，超声震荡2小时后；离心洗涤至中性得到酸化活化生物炭BC-O；其中硝酸浓度控制在9mol/L；

（2）调整活化生物炭BC-O的pH为11，在60℃恒温条件下加入甲醛，反应40min，逐滴加入二乙烯三胺反应6h，得到氨基改性生物炭BC-N；其中活化生物炭BC-O：甲醛：二乙烯三胺的摩尔比为1:0.9:1.1；

冷却至室温后，加入质量分数45%的NaOH，再滴加二硫化碳进行硫基反应，滴加完毕后升温至60℃，反应7h；离心洗涤，干燥后即得胺硫双基团改性生物炭BC-SN，其中二乙烯三胺：氢氧化钠：二硫化碳的摩尔比为：1:1.1:0.9。

实施例2

一种生物炭的胺硫改性方法，具体改性的步骤如下：

（1）将生物炭进行硝酸酸化氧化，超声震荡3小时后；离心洗涤至中性得到酸化活化生物炭BC-O；其中硝酸浓度控制在8mol/L；