[发明专利]一种高纯生物炭的制备方法

说明书

一种高纯生物炭的制备方法，其特征在于：具体是以柚子皮为原料，依次通过原料预处理、生物改性、水热处理，NaOH浸泡煮沸、再加入H₂O₂稀溶液加热、随后过滤、洗涤烘干，最后高温煅烧制得高纯生物炭；所述生物改性具体是使用酶降解上述果皮中的果胶成分。本发明制备过程中避免大量使用强酸/碱等化学试剂，减少二次污染，达到节能减排；本发明方法制备的生物炭具有大比表面积、丰富的孔结构和表面官能团，对酸性红18（AR 18）具有优异的吸附性能，吸附速率快、吸附量达到161.35mg/g，其储存稳定性好，在常温环境下可储存2年以上吸附性能不衰减，循环使用稳定性好，循环使用10次，其吸附性能可以维持首次使用的92.7%。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种高纯生物炭的制备方法。

背景技术

生物炭是利用生物质残体在缺氧环境中经过热化学反应形成的富碳产物，不仅来源广、储量大，而且是一类十分宝贵的绿色资源。生物炭因其良好的空气净化、土壤修复、污染治理功能等而受到广泛关注。制备生物炭的原材料，即生物炭前体，由于具有来源广、种类多、可再生和成本低等特点，越来越多地受到学术界和工业界的关注。在实际生产制备过程中，基于材料来源、成本控制、工艺条件、生物炭品位等因素的考虑，常用于制备生物炭的原材料主要分为竹木类、果壳果核类、农作物秸秆及其他植物原料，另外还有牛羊马鸡等动物的粪便。

生物炭产物的品质及应用与不同种类的原料即植物基前体的种类密切相关，自身碳含量的差异以及结构性质的不同，所制备出来的生物炭性能和用途不尽相同。柚子皮作为柚子的一部分，约占柚子重量的44％～54％,主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、果胶和水分，同时也含有少量的蛋白质和水溶性淀粉，其中纤维素对生物炭的比表面积和孔容贡献最大，且其表面含有大量的活性官能团，可与某些离子通过离子交换、螯合和络合等方式结合。因此柚子皮可作为一种新型的吸附材料加以开发和利用，设法利用这种植物果皮中的纤维素和木质素作为制备活性炭的主要原料成分，使其变废为宝，具有重要意义。

但是，柚子皮中的果胶含量约为29.6%、蛋白质含量约为5.1 %及淀粉含量约为5.7%，与木质纤维素中的木质素、半纤维通过共价键结合，形成相互缠绕的稳固结构，将纤维素包裹在中心，使得纤维素碳化、成孔率低，最终无法制备出具有大比表面积、丰富孔结构的碳材料，纤维素的利用率低，且复杂的成分组成使得最终制备的生物炭稳定差、循环利用率低。

发明内容

为了克服现有的生物炭制备中植物基原材料中成分复杂的局限性，本发明提供一种高纯生物炭的制备方法，该方法制备的生物炭纯度高，比表面积大，具有丰富的孔结构，循环利用率高，稳定性好。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高纯生物炭的制备方法，其特征在于：具体是以柚子皮为原料，依次通过原料预处理、生物改性、水热处理、NaOH浸泡煮沸、再加入H₂O₂稀溶液加热、随后过滤、洗涤烘干，最后高温煅烧制得高纯生物炭；所述生物改性具体是使用酶降解上述果皮中的果胶成分。

进一步，上述生物改性所用的酶是果胶酶。

进一步，上述生物改性具体是是称取预处理后的柚子皮粉加去离子水配置成乳液，柚子皮粉与去离子水的用量比为1 g：10-20 mL，然后加入 pH= 5 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入果胶酶，在 50℃下水浴加热酶解 1-2 h，用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性。

进一步，上述生物改性中酶和柚子皮的用量比例为400-500U/g。

进一步，上述原料预处理具体是将果皮用水清洗干净，然后在80~100℃下干燥8-10h，将烘干后的果皮粉碎成2~5mm小段。

进一步，上述水热处理具体是将柚子皮加入清水中，置于水热反应釜中，在180℃下加热30min进行自水解，破坏细胞壁中的醚键连接。