[发明专利]一种利用废弃生物质制备氮掺杂多孔生物炭的方法及其应用

权利要求书

1.一种利用废弃生物质制备高重金属吸附性能的氮掺杂多孔生物炭材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）先将果皮（如山竹皮、柠檬皮、西瓜皮、香蕉皮、榴莲壳、花生壳、荔枝核和甘蔗渣）烘干，再用破碎机和球磨机研磨成粉末后称取1 g粉末，依次加入10 mL溶有氮源（尿素或乙二胺）的水溶液，5 mL溶有聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)或溴化十六烷基三甲铵(CTAB)模板剂（0.02~0.05 g）的乙醇溶液，超声1 h后搅拌12 h；（2）将步骤（1）的溶液转移至水热反应釜中进行水热处理并保持一定时间，取出后冷却至室温并将混合物在真空干燥箱内干燥；（3）将步骤（2）的固体冷却至室温，研磨成粉末，再在氮气氛围下以一定的的升温速率升温至400~700℃，保持2 h，随后冷却至室温；（4）将样品研磨成粉末，再用乙醇和水分别清洗3次，然后真空干燥，得到高吸附性能的氮掺杂生物炭材料。

2.将本技术发明的生物质炭材料用于吸附水体中的多种重金属，其包括以下步骤：

（1）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH后转移至50 mL锥形瓶中；（2）准确称取10 mg生物质炭材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中（温度为15、25或35℃），200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。

3.分离后的材料需要经过解吸和再吸附来考察其循环利用效果，其包括以下步骤：

（1）将过滤出的材料投加到解吸液中，机械搅拌12 h，再用去离子水冲洗至中性，真空干燥，完成脱附；（2）用去离子水准确配制25 mL含有50 mg/L重金属离子（Pb[II]、Cu[II]、Cr[VI]或Cd[II]）的溶液，调节其pH（与初次吸附实验的溶液pH一致）后转移至50 mL锥形瓶中；（3）准确称取10 mg材料投加至锥形瓶中，再将锥形瓶放入恒温摇床中，200 rpm转速下震荡30 min后膜过滤，分离材料和溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中氮源的质量为0.2~0.5 g。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中模板剂的质量为0.02~0.05 g。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）的水热反应温度为120~180℃，时间4~12 h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中升温速率为2~10℃/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中热解温度为400~700℃。

9.根据权利要求1-6中任一项的方法得到的一种氮掺杂多孔生物质炭材料。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中调节溶液的pH为2.0~8.0。

11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中恒温摇床的设置温度为15、25或35℃不等，但不限于此温度。

12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中的解吸剂为1 mol/L的HNO₃溶液或2 mol/L Na₂CO₃溶液。

13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）中溶液的pH与初次吸附实验的溶液pH一致。