[发明专利]一种氨基化生物质碳材料制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种氨基化生物质碳材料制备方法及其应用，包括以下步骤：S1：预处理；S2：碳化：将所得玉米苞皮粉末移至坩埚中，再置于马弗炉中，680～720℃限氧条件下保温热解5～10h，冷却至25℃室温后，得到苞皮碳；S3：除可溶性碳；S4：氧化处理：将生物质碳加入高锰酸钾溶液，50～60℃搅拌反应2～6h，过滤、洗涤、干燥后，即得氧化生物质碳；S5：氨基化处理：将氧化生物质碳加入去离子水中，搅拌分散后，再加入氨基改性剂，搅拌溶解后，85～95℃回流反应2～6h，过滤、洗涤、干燥后，制得氨基化生物质碳材料。本发明多氨基活性位点的碳材料可特异性结合四环素类抗生素中羰基结构，对四环素类抗生素具有高选择性、快速识别及吸附固定性能。

技术领域

本发明属于生物质资源化利用领域，还属于功能化碳材料合成领域，具体涉及一种氨基化生物质碳材料制备方法及其应用。

背景技术

生物质碳材料是在限氧或者无氧的条件下发生热化学转化产生的富碳固体物质，根据热裂解炭化法和水热炭化法，分为热解炭和水合炭。热解炭(PC)被定义为：生物质在限氧条件下在比较高的温度(约700℃)下进行热解所获得的是含碳量相对较高的固体小颗粒，一般都具有较多的气隙结构，其表面积巨大，并且它们具有很好的吸附性能和高的稳定度。水合碳(HTC)被定义为：水热法碳化的固体型产物，水热法碳化是一个很有发展前景的废弃物处理方法，特别是对于那些含水量高于80％的生物质废弃物。以生物质作为原材料，通过水热法以及高温热解而得到的HTC及PC在农业、工业领域具有广泛应用。例如：生物质碳材料能颇为高效地减排固碳，具有优良的“碳汇”效果；由于生物质碳材料可以有效地减少二氧化碳的排放且可以用于治理农林废弃物的污染，所以生物质碳材料在农林方面得到了较广泛的应用；生物质碳材料可直接当作一种肥料施入田地中，起到对土壤进行改良的作用，不但能改善土壤的理化性质，还能提高土壤肥力，起到增加作物产量的作用，有利于农业可持续发展；生物质碳材料还可作为吸附剂在水质净化方面和空气污染治理方面起到一定作用。

抗生素一般是指在微生物的新陈代谢过程中所产生的可以影响其它生物细胞发育与生长状态的化学品。青霉素是最早在人类临床上发现的第一种抗生素，青霉素自1940年开始在药理和临床方面广泛使用，截止至今，被人类广泛应用的抗生素已多达数百种。根据抗生素主要化学结构的不同，主要分为：四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、氨基糖苷类等。由于人类长期过量使用抗生素来治疗或预防因为微生物所引起的人或家畜类疾病，使抗生素污染问题日益严峻化。抗生素母体化合物在机体内难以完全吸收或降解，未吸收部分以代谢产物甚至原母体形式通过人体或动物排泄直接进入环境中，严重污染水体和土壤。污水中最常检测到的污染物就是抗生素，但环境中残留的抗生素若又极难降解，对人类和生态环境形成潜在风险。因此，环境中抗生素的去除及处理的问题一直都是环境保护领域的研究热点之一。

四环素类抗生素是一类含并四苯基本骨架、羰基、羟基的广谱抗生素，对革兰氏阴性需氧菌和厌氧菌、立克次体、螺旋体、支原体、衣原体及某些原虫等有抗菌作用，通过抑制细菌蛋白质合成达到广谱杀菌效果。四环素类抗生素常用于动物疾病的治疗，同时，动物饲料中也时常添加四环素来促进生长，然后再以动物粪便的形式进入水生态系统和土壤中，造成生态环境的破坏。目前，主要通过吸附法、高级氧化法、生物法、絮凝/沉降/凝结法以及组合方法解决四环素类抗生素污染的问题，在众多四环素类抗生素去除方法中，吸附法由于其廉价、高效以及后续操作的便利性的优点，已被广泛使用，并且在吸附过程中，四环素类污染物从液相转移到吸附相时不会产生有毒的中间体。但是，由于吸附材料的吸附性能不具有选择性，除了对水体中四环素类抗生素具有吸附作用，对水体中悬浮物、杂质或其他污染物也具有吸附作用，易达到吸附饱和状态，因而，对四环素类抗生素的吸附效果仍有待提高；同时，水温及水体pH对吸附材料的饱和吸附量也有很大影响，当水温较高时，水体中的四环素类分子的动能越大，分子运动越活跃，致使饱和吸附量较低，或当水温升高时，也会引起吸附的四环素类分子被再次释放，造成二次污染。因此，如何制备出一种具有高吸附载量、高选择性、可固定化吸附四环素类抗生素的吸附材料是亟待解决的技术问题，对于水体中四环素类抗生素的去除及处理具有开拓性意义。

发明内容