[发明专利]一种生物炭基复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种生物炭基复合材料的制备方法及应用，以秸秆、锯末等作为制备生物炭的原材料，在此基础上原位生长类水滑石(LDHs)，并在高温下进行惰性气氛煅烧制备具有磁性的生物炭基复合材料。TBBPA的降解实验结果表明该生物炭基复合材料能够有效激活PMS产生自由基降解TBBPA，60min内TBBPA去除效果能够达到90％以上，是制备良好催化剂的理想材料。

技术领域

本发明涉及污染物降解技术领域，具体为一种生物炭基复合材料的制备方法及应用。

背景技术

四溴双酚A(TBBPA)是一种重要的溴化阻燃剂，是目前用量最大、使用最广泛的BFRs，约占BFRs市场的60％。TBBPA主要用于合成溴化环氧树脂和聚碳酸酯树脂，而聚碳酸酯树脂是印刷电路板的原料。随着TBBPA的广泛应用，这些数字可能在最近几年会继续增长，对环境的影响也会继续加深。

TBBPA具有高度亲脂性和持久性，研究表明它具有潜在的肝毒性、细胞毒性和免疫毒性，从而对环境生态系统造成严重危害甚至威胁人体健康。因此，开发高效的TBBPA处理工艺是十分必要和重要的.

基于硫酸根的高级氧化技术(SR-AOPs)已成为水净化不可或缺的技术。SO₄^·-通常是通过活化过硫酸盐产生的，因此过硫酸盐的活化方法是目前SR-AOPs技术研究的热点。在这些活化方法中，过渡金属催化剂活化PMS具有良好的效果，操作简单。但该方法带来的有害金属离子浸出、回收难等问题极大的限制了其应用。

研究表明，通过筛选或构造特殊结构和性能的催化剂载体材料，如炭基材料、黏土材料、类钙钛矿等，可有效提高催化剂活性及稳定性，抑制活性组分溶出。作为农业大国，我国每年约有7亿多吨的农作物秸秆产出，廉价易得，且秸秆中含有大量的碳元素，是制备生物炭经济又环保的优良原料。生物炭作为一种热稳定性优异、化学稳定性出色的基质材料被广泛应用到了化学催化领域，其具有高比表面积和可控性很强的表面活性基团，是一种绿色的催化剂载体材料。由于生物炭材料自身存在降解有机污染物能力不足的问题，研究者们对其进行了大量的改性工作以提高其催化性能。

由鉴于此，特提出本申请。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物炭基复合材料的制备方法，用锯末、秸秆、稻壳等生物质材料制备生物炭，在此基础上原位生长类水滑石(LDHs)，并在高温下进行惰性气氛煅烧制备具有磁性的生物炭基复合材料，具有良好的稳定性和磁性，解决离子浸出和回收难的问题，利于复合材料的高效循环利用。

本发明的另一目的是一种生物炭基复合材料的应用，利用生物炭基复合材料将PMS激活，产生自由基降解TBBPA。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物炭基复合材料的应用，用于活化PMS用于降解TBBPA，具体降解方法如下：

向TBBPA溶液中加入PMS和生物炭基复合材料，启动反应；

所述PMS浓度为0.1～5mM，所述TBBPA浓度为5～50mg/L，生物炭基复合材料投加量为0.075～0.25g/L；

所述生物炭基复合材料为M/N水滑石修饰的生物炭基复合材料，其中M为二价金属离子，N为三价金属离子Fe与Al的混合物，M/N的摩尔比为2～4，Fe³⁺和Al³⁺的摩尔比为1/3～3。

一种生物炭基复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

S1：将生物质原材料洗净烘干，粉碎研磨后过筛制得生物质粉末备用；称取处理后的上述生物质粉末加入到碱性溶液中，制备得到生物炭混合体系；

S2：将含有二价金属阳离子M²⁺的溶液A和含有三价金属阳离子N³⁺的溶液B溶解于去离子水中，配置成混合盐溶液，使其充分溶解并络合；