[发明专利]一种百香果基生物质炭材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种百香果基生物质炭材料及其制备方法与应用。所述百香果基生物质炭材料以百香果内表皮为炭前驱体，KCl溶液为活化剂，通过百香果内表皮中丰富的果胶吸收KCl溶液，再通过冷冻干燥使KCl溶液均匀的分布在炭材料的内部，随后进行高温炭化，洗涤，最终制得生物质多孔炭材料。本发明利用果胶的吸水性，无需对前体进行粉碎过筛处理，采取一步活化法制得炭材料，该制备方法操作简单易控，成本低廉，无腐蚀性，环保绿色。并且，本发明制备的炭材料具有很薄的片层结构、较高的比表面积和大量的微孔结构，对孔雀石绿染料具有优异的吸附效果。

技术领域

本发明属于染料吸附剂制备技术领域，具体涉及一种百香果基生物质炭材料及其制备方法与应用。

背景技术

目前，全球淡水资源处于紧缺状态，一方面是全球用水量增加，另一方面，全球水体污染严重，给人类生存形成严重威胁。工业废水是形成水体污染的主要来源之一。其中，各种合成染料的使用形成的染料废水是造成水体污染的主要原因之一。孔雀石绿（MG）是一种有毒性的碱性合成染料，在工业中被发现有价值，用于控制鱼类疾病和寄生虫，以及用于油漆羊毛、尼龙、皮革、丝绸、黄麻、棉花和纸张。然而由于其高毒性，长期超量使用可致癌。因此，在过去的几年中，如何有效地从废水中去除有毒有害的MG受到了更多的关注。

通常，含染料的废水处理主要有三种方法：物理法、化学法和生物法。然而，化学和生物方法是昂贵的、复杂的或耗时的，在商业上缺乏吸引力。物理法相比较化学法和生物法，更加简单和高效率，而且这种方法需要的化学物质最少，也不涉及生物体，因此物理法是这三种方法中最常用的。 其中吸附被认为是一种简便、低成本和高效的方法，广泛用于处理染料。在最近的研究中，最常用的吸附剂是碳材料，如活性炭，中孔碳和氧化石墨烯。一般来说，活性炭是一种广泛使用的吸附剂，因为它具有高表面积和多孔结构。

与普通炭材料相比，生物质炭材料的优势在于拥有较大的表面积、孔隙率、良好的润湿性和吸附性等特性，生物质材料因其具有可再生性、天然丰度和环境友好性，非常适合作为多孔炭的炭前体。在不同种类的生物量中，包括各种植物的茎、种子、叶在内的植物已被深入研究并投入于应用。相比于其他大部分的植物生物质，百香果表皮不仅有含有纤维素、半纤维素，还含有丰富的果胶，其成分约占细胞壁的26％。果胶是一种结构非常复杂的酸性大分子多糖，它广泛存在于陆生植物细胞壁中。伴随着纤维素而存在使细胞粘在一起。果胶具有持水性，可通过网状结构吸收水分，促进活化过程的进行。另外，百香果表皮质量占总质量的一半以上，合理利用能够有效减少浪费。多孔炭材料有着很高的比表面积、发达的孔隙结构以及优异的耐热和耐腐蚀等性能，其在诸如吸附、催化、储能等领域有着良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种百香果基生物质炭材料及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种百香果基生物质炭材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将百香果内表皮裁剪成块，在去离子水中超声清洗，然后烘干，备用；

（2）将干燥的百香果内表皮浸没在KCl溶液中，室温静置过夜后取出，进行冷冻干燥，得到炭前驱体；

（3）将炭前驱体放入真空管式炉中，在惰性气氛下进行高温炭化；

（4）将炭化后的样品在HCl溶液、去离子水中清洗，以去除杂质；

（5）将清洗后的样品烘干，即得到所述百香果基生物质炭材料。

上述制备方法的步骤（1）中，所述超声处理温度为20℃，超声处理时间为30min，超声频率为40KHz ，超声功率为100W。

上述制备方法的步骤（2）中，所述KCl溶液的浓度为0-3.4mol/L；所述冷冻干燥的条件为：先在-60℃环境中预冻6h，继而放入冷冻干燥机中在真空环境下冻干48h。

进一步的，上述制备方法的步骤（2）中，所述KCl溶液的浓度为1.22 mol/L。