[发明专利]一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法及其应用；将原料与造孔与掺杂一体化活化剂在水溶液中进行混合振荡，再经干燥之后，将混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围下热解，固体产物经酸洗水洗，得到氮硫共掺杂活性炭材料。或将原料与一体化活化剂和碱金属活化剂在水溶液中进行混合振荡，再经干燥之后，将混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围下热解，固体产物经酸洗水洗，得到孔结构更加发达的氮硫共掺杂活性炭材料。所得材料用于水中有机物吸附，重金属去除和甲烷气体存储。本发明方法简单，且具有低碳足迹的优点，应用于环境修复材料和储能材料，实现了其无害化处置和高附加值资源化利用，兼具良好的环境和经济效益。

技术领域

本发明属于氮硫掺杂活性炭制备与生物质资源化利用领域，具体涉及一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法及其应用。

背景技术

生物质基活性炭材料具有较大的比表面积，在能源储存或环境修复领域具有巨大的前景。其中，生物炭中的杂原子（N，S）能够改变炭材料表面的电荷分布，进而改善活性炭材料的性能，提高其对有机污染物、重金属离子、气体分子的吸附性能。

由于大多数生物质中的杂原子含量较低，无法进行原位掺杂。只能通过添加大量的有机掺杂剂（如：三聚氰胺，尿素和硫脲等）将杂原子引入到生物质基炭材料中。目前，活化剂和掺杂剂之间的共活化反应能促使活性炭材料既具有较发达的孔隙结构，也拥有较高的杂原子含量。然而，这种工艺比较复杂且成本较高。不仅如此，这些有机掺杂剂具有低沸点，高碳含量的特点，在生物质热解过程中极易挥发，导致了较低的掺杂效率和高的碳足迹，也需要较高的投资和能耗。

因此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是开发一种全新的低碳足迹的造孔与掺杂一体化活化剂，用于生物质的热活化，摒弃传统的有机掺杂剂，以低成本制备出高性能的氮硫共掺杂活性炭材料，并用于污染物去除及气体存储。

发明内容

本发明的目的在于提出一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法及其应用，本发明所得材料应用于吸附材料，具体是指吸附水中有机物、重金属及用于甲烷气体的储存。

本发明提出一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法，所述方法如下之任一种，具体步骤如下：

将生物质与一体化活化剂按比例在水溶液中进行混合振荡8~24小时，得到混合物；干燥后将得到的混合物放入瓷舟内，置于管式炉中，在惰性气体氛围下进行热解，所述热解温度为300~1000℃，并维持1~4小时，气体流量为0.1~1.0 L/min；热解反应后，将所得产物冷却至室温后，取出，并利用酸洗和水洗，得到氮硫共掺杂活性炭材料；生物质与一体化活化剂的质量比为1：（0.1 ~ 5）；

或者：为了进一步促进氮硫共掺杂活性炭材料孔隙结构的发展，将生物质与一体化活化剂和碱金属活化剂按比例在水溶液中进行混合振荡8~24小时，得到混合物；干燥后将得到的混合物放入瓷舟内，置于管式炉中，在惰性气体氛围下进行热解，所述热解温度为300~1000℃，并维持1~4小时，气体流量为0.1~1.0 L/min；热解反应后，将所得产物冷却至室温后，取出，并利用酸洗和水洗，得到氮硫共掺杂活性炭材料；其中：生物质、一体化活化剂和碱金属活化剂的质量比为1：（0.1~5）：（0.1~5）。

本发明中，生物质主要包括：锯末、玉米秸秆、餐厨垃圾、柚子皮、竹子、小麦秸秆、大豆秸秆或细菌纤维素等中任一种。

本发明中，造孔与掺杂一体化的活化剂包括KSCN、NaSCN、Fe(SCN)₃、Zn(SCN)₂、Ca(SCN)₂、Mg(SCN)₂或它们的混合物。