[发明专利]一种可重复利用型生物炭复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种可重复利用型生物炭复合材料的制备方法，属于新材料技术领域，本发明以经活化预处理后的有机废弃生物质为原料，制备多孔生物炭材料，并通过一系列处理工艺在多孔生物炭材料上负载金属及金属氧化物颗粒，制备可重复利用型生物炭复合材料，利用复合材料在紫外光照下吸附—催化—降解—再次吸附—催化—降解的特性，高效去除废水中的染料，该生物炭复合材料可重复利用、使用工艺简单、可操作性强、对环境友好，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明公开了一种可重复利用型生物炭复合材料的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

随着社会生产生活节奏的加快，工农业生产及生活中会产生大量的废弃生物质，如不充分加以利用就会腐败变质，不仅浪费了大量资源，还会造成严重的环境污染。目前，以水热法、微波裂解法或高温裂解法制备生物炭材料是利用废弃生物质的有效办法。

生物炭具有比表面积高、活性官能团含量丰富等特点，可通过物理吸附和化学吸附等方式有效去除污水中的重金属及染料、农药等难降解有机污染物，是一种成本低廉的吸附剂。但以上述方法制备的生物炭，比表面积和吸附性能比商业活性炭差，如何提高生物炭的使用性能是生物炭的实际应用中所面临的主要问题。

此外，在污水处理过程中，吸附饱和的活性炭或生物炭会以剩余污泥的形式沉积下来，绝大部分的剩余污泥堆积或填埋形成固体废弃物，对环境造成了严重的负担，阻碍了碳元素在自然界中的循环。如何有效降解生物炭表面吸附的污染物质，实现生物炭吸附剂的循环利用，是目前解决固体废物问题中亟待解决的。

微电池法、光催化法和金属氧化物催化法等是目前降解有机污染物的常见方法。微电池法是利用铁-碳填料在电解质溶液中腐蚀形成无数微小的原电池来处理废水的电化学技术，又称内电解法，是利用废水中有些组分易被氧化、有些组分易被还原的特点，当这些不同属性组分相遇，且有导电介质时，电化学反应便会自发进行的方法。微电池法是集电解、混凝、电絮凝、吸附等多种物理化学作用于一体的废水处理方法。在微电解废水中有机物的过程中，有机物分子首先被吸附到碳的表面，由于碳的电位高，形成无数微正极，铁的电位低为微负极，铁屑作为负极被腐蚀，电子从负极转移到正极，发生氧化还原反应，从而实现有机物的降解，电极反应本身并不耗电，处理过程经济性高；此外反应中产生的Fe²⁺活性极高，能改变有机物结构形态，从而有效地降解这些污染物质，并大大降低废水的色度，并实现Fe²⁺到Fe³⁺的转变，Fe³⁺是一种吸附能力较高的胶体絮凝剂，可以形成以Fe³⁺为胶凝中心的絮凝体，捕集、挟裹和吸附悬浮的胶体共沉体。同时，在微电池周围诅场的作用下，废水中以胶体状态存在的污染物可在很短时间内完成电泳沉积过程，附聚在填料的表面。

光催化法降解有机污染物质是目前水污染控制研究的热门方向。其中，纳米二氧化钛不仅具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是目前公认的最佳光催化剂。纳米二氧化钛光催化有机污染物，操作简单、能耗低、无二次污染，不仅在空气净化方面具有巨大潜力，而且在废水净化处理方面同样具有广阔的应用前景，但是由于纳米二氧化钛在光催化过程中太阳能利用率低、电子与空穴易复合、纳米颗粒容易团聚和亲油性不足等因素的影响，导致了纳米二氧化钛颗粒易失活、与有机污染物接触面积小、催化效率低，限制了纳米二氧化钛光催化的应用和发展。因此，提高纳米二氧化钛的稳定性和光催化效率已经成为目前研究的热点。

金属氧化物催化法是降解有机污染物的重要方法。常用的金属氧化物催化剂有氧化镁、氧化锌等，氧化镁晶体可以改变有机物分子中的电子分布和分子极性，实现电子转移和化学键的断裂，从而达到降解有机物的目的；氧化锌晶体在氧化镁晶体中掺杂使用，可增加氧化镁晶体的Lewis酸性，提高氧化镁晶体对电子的吸引能力，降低氧化镁催化有机物的活化能，从而提高氧化镁晶体对有机物的降解能力。

但目前将微电池法、光催化法和金属氧化物催化法结合到生物炭复合材料的制备方法中还没有文献报道。

发明内容