[发明专利]一种剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料及其制备方法。该生物炭外观为管状中空结构，长为2.0~20.0微米，孔径为0.8~1.5微米，壁厚为1.0~2.0微米，表面有高低不平的褶皱，两端是相通的通孔结构。制备方法为:将剑麻纤维用水洗去表面的杂质并烘干，放入高温高压反应釜中倒入氢氧化钾溶液，进行溶剂热处理，自然冷却后，用去离子水洗至中性并烘干得到白色絮状前驱体，放入管式气氛炉中在氮气保护下进行炭化处理，即获得剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料。本发明工艺简单，成本低廉，所得剑麻纤维基管状中空结构生物炭具有良好的结构和稳定的化学性质，在土壤改良、环境修复以及储能领域有着很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料及其制备方法，属于生物炭材料制造技术领域。

背景技术

生物炭，指在缺氧条件下把生物质进行高温慢热解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质，其在土壤改良、温室气体减排、环境修复以及储能领域都具有广阔的应用前景。当前已经有许多制备生物炭的方法报道，有通过水热法制备的球形生物炭（于瑞冬, 高鹤, 张伟, 相梦圆, 颜雪, 郭明辉. 综纤维素基水热炭的制备及性能研究 [J]. 安徽农业科学, 2015, 18: 184-186）；也有通过直接炭化后再活化制备的多孔生物炭（薛广钊, 侯贵华, 乔仁静, 董鹏玉,张勤芳. 稻壳基高比表面积介孔活性炭的制备与表征 [J]. 环境工程学报, 2016, 01: 375-378），还有通过炭化活化一步法制备的多孔生物炭（李大伟, 田原宇, 郝俊辉, 田斌, 李俊花, 车远军.炭活化一步法制备豆渣基极微孔活性炭 [J]. 农业工程学报, 2015, 19: 309-314）。然而，对剑麻纤维先进行高温高压溶剂热处理得到絮状前驱体后再对前驱体进行高温炭化处理得到剑麻纤维基管状中空结构生物炭的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料及其制备方法。

本发明涉及的剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料外观为管状中空结构，长为2.0~20.0微米，孔径为0.8~1.5微米，壁厚为1.0~2.0微米，表面有高低不平的褶皱，两端是相通的通孔结构，晶型为无定形炭结构。

剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料制备方法具体步骤为：

(1)将剑麻纤维用自来水洗去表面的杂质，再用去离子水洗两次，放入恒温鼓风烘箱，在80℃恒温条件下烘4小时进行干燥。

(2)将步骤(1)所得的剑麻纤维用剪刀剪成20~30mm的小段，称取4~5g放入100mL水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，加入70mL 浓度为2~3mol/L的氢氧化钾溶液，套上钢制外壳拧紧后，放入恒温烘箱，在140~160℃下恒温加热12~14小时自然冷却后拿出，倒掉内胆中的棕色液体，取出内胆中的固体物质，用去离子水将固体物质洗至中性后，放入恒温鼓风烘箱中在60℃恒温条件下进行烘干处理12小时，获得干燥的白色絮状前驱体。

(3)将步骤(2)获得的干燥白色絮状前躯体放入氧化铝坩埚中，并放入管式气氛炉中在40~50mL/min流速的氮气保护下，以2~3℃/min的升温速率升温到400~500℃并保温3小时后，再以2~3℃/min的升温速率升温至750~850℃并保温1~2小时，自然冷却取出后，即获得剑麻纤维基管状中空结构生物炭材料。

原料剑麻纤维取自广西的经济农作物-剑麻。

所述的剑麻纤维基管状中空结构生物炭具有良好的结构和稳定的化学性质，能够在自然环境中长期保存。

本发明步骤简单，原料成本低廉，技术难度低，所得剑麻纤维基管状中空结构生物炭结构稳定，为无定形的晶体结构材料，在环境修复，土壤改良以及储能领域都具有很好的应用前景。

附图说明