[发明专利]以艾叶为原料低温空气气氛下制备炭材料的方法及应用

说明书

本发明提供了一种以艾叶为原料低温空气气氛下制备炭材料的方法及应用，以艾叶为原料，预炭化后加入活化剂搅拌，低温炭化后冷却，洗涤、离心、干燥得到艾炭。所制备的炭材料获得了相对于艾草废料自身更好的抗氧化、吸附性能以及抑菌性能。本发明为艾草及艾草废料综合利用以及高附加值艾材料产品的开发提供了新的优异选择，为简便低成本生物质炭材料的制备提供了方法学的参考和依据。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料领域，具体涉及一种以艾叶为原料低温空气气氛制备炭材料的方法及应用。

背景技术

艾草是适生性极强、除极度干旱和高寒地区外都可以生长的一种草本植物，富含挥发油、黄酮和鞣酸等多种活性成分，具有杀菌、抗氧化、消炎、抗癌等功效。艾草的功效主要用于艾灸条的制备，我国艾灸市场年产值近三百亿，并且每年艾灸的产值以30%~50%的速度增长。在制作艾灸条的过程中，近乎五分之四的艾叶成为废料。

生物质炭材料具有来源广泛，成本低廉以及优异的物理化学性能等优点，在废水处理与吸附，化工，食品药品加工以及储能材料领域都具有良好的应用前景。传统的活性炭材料制备一般为如下步骤：首先在高温（400-900度）氮气保护下脱去非碳原子，然后高温条件下，进行边缘碳原子氧化以获得具有活泼反应特性的活性基团。制备过程中高温耗能并且需要苛刻的氮气保护措施，不利于广谱的推广并且具有较高的制备成本。

针对目前我国艾草产业发展过程中产生的大量艾草废料，以及生物质活性炭制备过程中高温耗能以及过程不利于普及推广问题，本专利进行了低温空气气氛下进行生物质炭材料的制备研究，获得了具有抗氧化、吸附污染物、抑菌等性能的生物质材料、为艾草及艾草废料综合利用以及高附加值艾材料产品的开发提供新的优异选择。

发明内容

本发明提出了一种以艾叶为原料低温空气气氛下制备炭材料的方法，该方法在低于300度的空气气氛件下进行制备，并且所制备的炭材料获得了相对于艾草废料自身更好的抗氧化、吸附性能以及抑菌性能。

实现本发明的技术方案是：

一种以艾叶为原料低温空气气氛制备炭材料的方法，步骤如下：以艾叶为原料，预炭化后加入活化剂搅拌，低温炭化后冷却，洗涤、离心、干燥得到艾炭。

所述活化剂为K₂CO₃溶液、醋酸溶液、碳酸钾和双氧水的混合溶液以及醋酸和双氧水混合溶液，活化剂的浓度为0.2-0.4mol·L^-1。

所述艾叶预炭化的温度为220-250℃，时间为15min。

预炭化后的艾叶与活化剂的质量体积比为1:8，搅拌时间为4-6h。

低温炭化温度为280-300℃，时间为75min。

将艾叶在电阻炉中预炭化，按照比例加入活化剂搅拌，在电炉上炭化，冷却室温后用蒸馏水洗涤，离心，直到净化液的pH为中性，烘箱中干燥，得到艾炭。

所述艾碳具有中空结构、具有均匀的孔隙和类似石墨烯的片层结构，所述艾碳比表面积为3.39 m²·g^-1，总孔体积为0.013 cm³·g^-1。

优选地，本发明制备的炭材料在自由基清除、抑菌和废水阳离子染料污染物吸附中的应用。

本发明的有益效果是：

（1）相比于报道的生物质碳材料制备方法，该方法在280度低温且无需氮气保护的空气气氛下进行，过程简单、低能耗；

（2）所制备的艾炭材料相比较艾草本身来说具有更高的抗氧化性能；

（3）所制备的艾炭材料具有较好的抑菌效果；

（4）所制备的艾炭材料具有相比较艾草更强的阳离子染料吸附性能；

（5）所制备的艾炭材料在进行有机染料吸附后，还可以循环使用。