[发明专利]一种水热制备前改性微球功能性秸秆炭的制作方法

说明书

本发明属于环境工程领域的实用技术，提供一种水热酸碱前改性微球状功能性秸秆炭的制作方法，主要采用废旧植物源生物质（以秸秆芯为实施例），酸碱改性剂（0.01mol/L的KOH与H₂SO₄溶液）为原料，利用动物源生物质原材料的主要成分在水热法的高温高压环境中易被酸碱水解改性的特点，对活性炭原材料进行改性，以制取比表面积更高，表面功能性官能团更多的功能性吸附剂，整个前改性过程简单、快捷、绿色、高效，不但可以大幅度减少改性剂的用量，大量减少二次污染物的产生。同时，可以在活化条件不变的情况下大幅度提升活性炭材料的性能，并且大幅度降低同类材料的制备成本。所制得的新型材料无毒无害，便于回收，吸附效率高，符合水处理的工艺及工程需求。

技术领域

本发明涉及一种改性功能性吸附剂的合成制作方法及其在废水处理中的应用，工程上涉及水处理领域，技术上涉及材料合成领域及吸附剂领域。

背景技术

水污染的问题伴随着经济的快速发展而日渐突出，在水处理领域，吸附法具有悠久的发展历史，其具有技术门槛低，简单高效，适应性强，可重复利用等优势，在环境工程领域经久不衰，也是目前应用最广泛的深度处理技术。

随着诸多类型的生物炭在近几年被大量研究，便宜、高效、针对性强的吸附剂逐渐受到水处理领域的欢迎。与此同时，影响吸附剂吸附性能的因素也随着研究的深入逐步被揭示。在诸多影响吸附剂吸附性能的因素中，比表面积和表面活性无疑是影响吸附剂性能的两项决定性因素。诸多的研究一直在致力于探索如何增加吸附剂的比表面积和表面活性，以有效增加吸附剂的吸附能力。

在活化条件不变的情况下，表面改性作为一种传统的、便捷的提升吸附剂比表面积和表面活性的方法，被广泛应用在基础研究和实际生产生活中。传统的吸附剂表面改性方式是通过酸、碱等腐蚀性物质刻蚀吸附剂物质的表面，一方面去除部分表面杂质，部分增加比表面积，另一方面则是重构吸附剂表面的官能团的组成，增加羟基、羧基、醛基等极性官能团的含量，有效提高吸附剂的化学吸附活性，增加对部分含特定官能团物质的吸附能力。但一直以来，酸、碱改性需要消耗大量的酸、碱原料，大量的水资源，且直接产生大量的二次污染物，同时仅能有限提高活性剂的吸附性能，因此被许多学者诟病。

本发明提供一个前改性的新方法，新思路，颠覆传统的改性生物炭制取工艺，将活性炭原材料在炭化前进行水热法前改性，整个前改性过程简单、快捷、绿色、高效，不但可以大幅度减少改性剂的用量，大量减少污染物的产生。同时，可以在活化条件不变的情况下大幅度提升生物炭材料的比表面积性能。设计并完善了一整套一举多得的前改性方法。

发明内容

活性炭是研究的较为深入的吸附剂，目前针对活性炭的研究多集中在生物炭领域，为了提升吸附剂的吸附能力，研究人员多是通过变换活性炭产品的原材料，变换活化剂，增加改性过程等方式提高吸附剂的比表面积及表面活性，以提高吸附剂的吸附能力。目前，改性方法均基于成品吸附剂研发，均在吸附剂生产的末端进行，

本发明试图借鉴水热法制备活性炭的过程，结合植物源生物质材料的水解原理，打破原有的改性方法思路，致力于开发一套水热酸碱改性方法，对植物源活性炭的生物质原材料进行水热酸碱改性，从源头上进行材料表面的改性与修饰，利用植物源生物质中的纤维素类、半纤维素类物质在高温（200℃左右）高压（10MPa以上）酸碱条件下下易于水解的特性，人为制造水热前改性条件，促使多糖水解为木糖、葡萄糖及其他低聚糖为主的短链糖类物质，而植物源生物质中的木质素与灰分等疏水类物质无法被水解，短链糖在水环境中疏水基团靠向灰分.木质素一侧，亲水基团暴露在外侧，因此在最后炭化活化后得到微球状活性炭，同时，醛基、羧基、羟基等极性官能团在水解环境中大量的暴露在微球的表面。因此，利用水热酸碱改性法制备的改性微球状功能性秸秆炭具有高比表面积和高表面活性的特性，同时，由于表面大量官能团参与化学吸附，吸附过程极易受酸碱的影响。

本发明的具体技术方案如下：

①原料准备