[发明专利]一种磺酸化的生物质衍生多孔碳材料及其应用

说明书

本发明公开了一种磺酸化的生物质衍生多孔碳材料及其应用，其制备方法包括：将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料；将所述生物质衍生多孔碳材料放于浓硝酸中浸泡2～4小时，再将浓硝酸浸泡后的生物质衍生多孔碳材料分散于去离子水中，并与芳基重氮盐溶液混合，冰浴条件下反应2～4小时，从而制得磺酸化的生物质衍生多孔碳材料。本发明不仅生产工艺简单、原料资源丰富、生产成本低廉，而且具有优异的除盐性能。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料领域，尤其涉及一种磺酸化的生物质衍生多孔碳材料及其应用。

背景技术

电容去离子(Capacitive Deionization，CDI)技术是利用电极材料表面双电层进行电容吸附去除水中带电物质；其基本原理是在电极上外加直流电压，利用静电力把水中带电物质吸附到正负电极上，当吸附饱和后，通过电极短路或加反向电压使带电物质从正负电极解吸附，电极得到再生。与传统海水及苦咸水脱盐技术(如：反渗透、电渗析等)相比，CDI技术具有能耗低、成本低、操作简单等显著优势。

目前，广泛使用的CDI电极材料主要是石墨烯、碳纳米管、活性碳、碳纤维等，但这些CDI电极材料主要是通过石油产品衍生得到的，不仅生产工艺复杂、石油资源储量有限，而且会大幅增加大规模生产应用的成本。

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，例如：豆荚、秸秆、多糖类、草、瓜果皮等。生物质是地球上最丰富的可再生资源之一，其主要由碳元素、氧元素以及微量的氮、硫等元素构成，在结构上，生物质具有独特的宏观/微观孔结构。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种磺酸化的生物质衍生多孔碳材料及其应用，不仅生产工艺简单、原料资源丰富、生产成本低廉，而且具有优异的除盐性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种磺酸化的生物质衍生多孔碳材料，其制备方法包括以下步骤：

步骤A、将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料；

步骤B、将所述生物质衍生多孔碳材料放于浓硝酸中浸泡2～4小时，再将浓硝酸浸泡后的生物质衍生多孔碳材料分散于去离子水中，并与芳基重氮盐溶液混合，冰浴条件下反应2～4小时，从而制得磺酸化的生物质衍生多孔碳材料。

优选地，在步骤A中所述生物质粉末与碳酸氢钾的质量比为1～4:1。

优选地，所述高温煅烧在氮气气氛中进行，升温速率为10℃/分钟，煅烧温度达到800℃后保温3小时。

优选地，在步骤B中，每0.1g浓硝酸浸泡后的生物质衍生多孔碳材料分散于50mL去离子水中，并与2mL芳基重氮盐溶液混合。

优选地，所述芳基重氮盐溶液的制备方法包括：按照每0.46g对氨基苯磺酸使用0.18g亚硝酸盐、100mL去离子水和5g 1mol/L的HCl溶液的比例，将对氨基苯磺酸和亚硝酸盐分散于去离子水中，并加入1mol/L的HCl溶液进行冰浴，从而得到芳基重氮盐溶液。

优选地，所述的生物质为豆荚、秸秆、多糖类、草或瓜果皮中的至少一种。

上述磺酸化的生物质衍生多孔碳材料作为电容去离子CDI电极材料。

上述磺酸化的生物质衍生多孔碳材料用于水体中脱盐或脱除重金属离子。