[发明专利]一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法及应用

说明书

本发明属于废弃生物质资源化利用技术领域，具体涉及一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法及应用，包括以下步骤：使用共晶溶剂替代水热法制备炭材料过程中的反应介质，将生物质、纤维素或木质素制备成富羧富酚羟基生物质炭材料。本发明制备得到的生物质炭材料具有富羧、富酚羟基的优点，克服了传统水热炭缺羧基和酚羟基等活性官能团以及碳化程度较低的缺陷，具有更高的污染物吸附性能和可循环再生的效果，且原料的来源广且价格低廉。

技术领域

本发明属于农业废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法及应用。

背景技术

随着工业的快速发展和人口的增长，人们对能源的需求越来越大，开发和利用核能已成为解决全球能源短缺问题的重要战略。然而，核电站的运行将产生大量含铀废水，这将对环境安全和人类健康造成严重威胁。目前，去除废水中重金属主要通过化学沉淀、微生物或电化学处理、膜分离、光催化还原和吸附。其中，吸附法因其应用范围广、成本低和易于实施而被广泛使用。

生物炭具有来源广泛，成本低的特点，是近年来最常用的吸附剂之一，主要由热解、气化和水热炭化等方式制成。水热炭因其表面含有大量含氧官能团，常被用于吸附重金属。但是在水热碳化过程中，由于水热溶剂性质的限制，水热碳化通常需要在更严格的条件下(例如高压)进行，且反应温度较低导致产物碳化程度不高，因此我们提出选择一种新型的溶剂来改善这一缺陷。

共晶溶剂(DES)还目前比较热门的一种绿色溶剂，主要具有高化学和热稳定性、低挥发性、可回收性、低毒性和高生物降解性等特点，常被用作反应溶剂。因此，本发明针对水热炭的缺陷提出利用DES作为反应溶剂构建一种新型的溶剂热方法，以废弃生物质为原料原位构筑一种具有丰富羧基和酚羟基等活性官能团的生物质炭，进而利用这一特性实现生物质废弃物的高值高性能应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法及应用。本发明制备得到的生物质炭材料具有富羧、富酚羟基的优点，克服了传统水热炭缺羧基和酚羟基等活性官能团以及碳化程度较低的缺陷，具有更高的污染物吸附性能和可循环再生的效果，且原料的来源广且价格低廉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法，包括以下步骤：使用共晶溶剂替代水热法制备炭材料过程中的反应介质，将生物质、纤维素或木质素制备成富羧富酚羟基生物质炭材料。

进一步的，所述水热法制备炭材料过程是指：以水为反应介质，在高温(高压)条件下将生物质转化成生物质炭材料的过程。

进一步的，所述共晶溶剂由氯化胆碱和有机酸制成。优选为氯化胆碱和柠檬酸。

进一步的，所述共晶溶剂的制备方法为：将氯化胆碱和有机酸在60-80℃下混合至澄清即可，温度优选为60℃，其中氯化胆碱和有机酸的摩尔比为1：1-3，优选为1:1。

进一步的，所述生物质和共晶溶剂的固液比为0.5-3:10，优选为1:10，所述共晶溶剂的浓度为50-300g/L，优选为100g/L。

进一步的，所述生物质为秸秆和林木废弃物。所述秸秆优选为棉科秸秆，所述林木废弃物优选为木材加工废弃物。

进一步的，所述高温的温度范围为130-250℃。

本发明还提供上述的一种制备富羧富酚羟基生物质炭材料的方法制备得到的富羧富酚羟基生物质炭材料。

本发明还提供上述的富羧富酚羟基生物质炭材料在吸附重金属污染物的应用。

进一步的，所述重金属污染物包括铀、铅等。

本发明的有益效果是：