[发明专利]一种氮掺杂多孔纳米生物炭、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种氮掺杂多孔纳米生物炭、制备方法及其应用，所述方法，包括如下步骤：步骤1，将苹果树叶粉末和(KOH或NaOH等)的混合物在惰性气体或N₂气氛保护下，500～700℃下进行保温处理，得到反应物；步骤2，将反应物中的副产物和杂质去除后干燥，得到氮掺杂多孔纳米生物炭。本发明以废弃的苹果树叶为碳源，工艺简单、成本低，获得的生物炭具有大的比表面积、丰富的表面官能团、纳米级的3D多孔片层结构，作为无污染的碳功能材料可以吸附和活化PDS协同去除水中的有机污染物四环素，具有潜在的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及农林废弃物资源化利用和环境治理领域，具体为一种氮掺杂多孔纳米生物炭、制备方法及其应用。

背景技术

伴随化工行业的快速发展，数以万计化学品的生产、使用和排放加大了环境负担和健康风险，其中药品及个人护理品(PPCPs)是一类用量大、普适性强的化学品，近年来不断通过人类活动排放到环境水体中，由于PPCPs的生化降解率较低，传统的污水处理厂无法完全去除这些化合物。PPCPs在自然水生环境中的积累对人类健康和生态系统造成一系列潜在的不利影响。因此，提出有效战略以消除水中难降解的PPCPs已成为一项全球性的挑战。

四环素作为一种典型的PPCPs，目前已经成为生产量和临床使用量较大的抗生素之一。由于其良好的结构稳定性，在水体中难以被降解，近年来经常在水环境中被检测到，对人类和水体生物造成严重威胁。基于过二硫酸盐(PDS)的高级氧化技术已被认为是一种去除水中有机污染物的有效策略。然而，设计高效、低成本、无污染的催化材料依然面临很大挑战。

与此同时，中国每年产生约9亿吨农林废弃物，由于处置效率低下、持续增加、农林废弃物现已成为全球范围的重大环境问题之一。苹果叶是在苹果收获后留在田间地头常见的农林废弃物，在中国每年产生约900万吨废弃的苹果叶。通常，苹果叶含有更多的蛋白质、糖、维生素和较少的半纤维素、纤维素和木质素，是一种潜在的生物质资源。但是通常大量的废弃苹果树叶未经回收高效利用而被直接丢弃、焚烧或填埋，造成资源的极大浪费和严重的环境污染。因此，如何选择合适的资源化利用方式将废弃苹果树叶转化为高附加值产品也显得非常重要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种氮掺杂多孔纳米生物炭、制备方法及其应用，以废弃的苹果树叶为碳源、工艺简单、成本低，作为无污染的碳功能材料可以吸附和活化PDS协同去除水中的有机污染物四环素，具有潜在的实际应用价值。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种氮掺杂多孔纳米生物炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将苹果树叶粉末和(KOH或NaOH)的混合物在惰性气体或N₂气氛保护下，500～700℃下进行保温处理，得到反应物；

步骤2，将反应物中的副产物和杂质去除后干燥，得到氮掺杂多孔纳米生物炭。

优选的，步骤1将所述的苹果树叶为废弃的苹果树叶。

优选的，步骤1将所述的苹果树叶粉末和(KOH或NaOH)的质量比为1：3。

优选的，步骤1先将苹果树叶粉末和(KOH或NaOH)的混合物在惰性气体或N₂气氛保护下，加热到350～450℃后保温1.5～2.5h，再升温至500～700℃。

优选的，步骤1以3～5℃/min加热速率先将苹果树叶粉末和NaOH的混合物加热到350～450℃，然后以3～5℃/min加热速率再升温至500～700℃。

优选的，步骤1将苹果树叶粉末和(KOH或NaOH)的混合物在500～700℃下保温处理2～3h。

优选的，步骤2先将步骤1得到的反应物用HCl溶液清洗2～5次，再用去离子水清洗2～5次。