[发明专利]一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法

说明书

一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶、a‑淀粉酶降解上述果皮中的淀粉或使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。本发明有效保留了更多木质纤维素，使得碳的得率增加；制备过程采用一次高温煅烧，不使用任何强酸、强碱性化学试剂，活化后无需过多清洗，减少二次污染，达到节能减排；本发明方法有效增大了生物炭的比表面积，获得丰富的孔结构；本发明制备的生物炭对罗丹明b具有优异的吸附性能。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种基于生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法。

背景技术

柚子皮作为柚子的一部分，约占柚子重量的44％～54％,主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、果胶和水分，同时也含有少量的蛋白和水溶性淀粉。这些成分表面含有大量的活性官能团，可与某些离子通过离子交换、螯合和络合等方式结合。因此柚子皮可作为一种新型的吸附材料加以开发和利用，设法利用这种植物果皮作为制备活性炭的原料，使其变废为宝，具有重要意义。

生物炭是利用生物质残体在缺氧环境中经过热化学反应形成的富碳产物，不仅来源广、储量大，而且是一类十分宝贵的绿色资源。目前关于生物炭的改性方法主要集中在物理和化学方法上，而生物改性法则少见报道，且现有的生物改性方法主要是从降解纤维素、半纤维素及木质素方面对生物质原料进行生物活化。现目前存在生物活化改性制备生物炭报道较少是由于生物活化方法难实施，且生物活化的机理较复杂，很难准确把控生物活化改性的具体途径。鉴于此，寻求生物活化改性制备植物基生物炭的新方法，以填补现有技术中活化改性制备植物基生物炭在生物活化领域的空白，具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，该方法显著提高生物炭的比表面积和孔结构，从提高生物炭的吸附性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶，或者使用a-淀粉酶降解上述果皮中的淀粉，或使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。

进一步，上述生物活化中降解果皮中的果胶具体是称取预处理后的果皮粉加去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水的用量比为1g：10-20mL，然后加入pH＝5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入果胶酶，水浴加热酶解，然后用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性。

优选的，上述生物活化中降解果皮中的果胶具体是称取预处理后的果皮粉加去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水的用量比为1g：15mL，然后加入pH＝5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，按照120U/g的量加入果胶酶，在50℃下水浴加热酶解1.5h，用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性。

进一步，上述降解果皮中的淀粉具体是称取预处理后的果皮粉加水配制成乳液，果皮粉与去离子水的用量比例为1g：5-15mL，然后90℃恒温水浴糊化30-50min，并加CaCl₂使水解液Ca²⁺浓度为0.01mol/L，调节pH＝6.0，按80-130U/g的用量加入淀粉酶，在58-60℃下进行水解反应，水解时间50-120min，用200目尼龙网过滤，滤渣用去离子水洗涤至中性。

进一步，上述降解果皮中的蛋白具体是称取预处理后的果皮粉，加入去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水用量为1g：15-20ml，调节乳液pH＝3.0-4.0，酶解温度30℃，按400-500U/g的量加入酸性蛋白酶，放于摇床反应30-50min，过滤并清洗滤渣，烘干备用。