[发明专利]一种改性碳基材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改性碳基材料的制备方法，该方法是采集水生植物及其所形成的腐败物或水华藻类及其所形成的腐败物，清洗，烘干粉碎，球磨获得植物纤维；然后把植物纤维浸泡在含金属离子的溶液中混匀，水热处理，过滤收集滤液，透析制得碳量子点溶液；将粉碎的粉末置于碳量子点溶液中改性，或者将水生植物及其所形成的腐败物粉末或水华藻类及其所形成的腐败物热解炭化后再置于碳量子点溶液中改性，制得碳量子点改性碳基材料，最后制得同时具备碳量子点和共价有机聚合物多功能的改性碳基材料；将改性碳基材料应用在去除废水中的重金属中，对重金属具有显著的吸附效果，远高于其他吸附剂，而且方便回收，不会对水体产生二次污染。

技术领域

本发明属于天然植物资源化减量化利用领域，涉及一种利用水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物为碳源制备碳量子点并与金属离子、共价有机聚合物结合改性碳材料以及去除水中重金属的方法。

背景技术

20世纪以来，科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水平，然而，与此同时，人类也付出了惨重的代价，重金属污染是其中之一。重金属污染主要来源于工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物体中富集。同时，重金属还具有较强的致癌性和致突变性，对生态环境和人类健康构成严重威胁。

废水中重金属去除的主要技术有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜过滤技术、反渗透法、浮选法、电化学法和光催化法等。吸附法作为一种经济实用的重金属废水处理方法一直被人们广泛应用。该技术的原理是通过吸附材料的高比表面积的蓬松结构或者特殊官能团对水中重金属进行物理或者化学吸附的一种方法。它具有占地面积小、操作简单、无二次污染等优点。目前，比较常用的吸附剂有活性炭、碳纳米管、高岭土、蒙脱石、生物炭、木质素、硅藻土、褐煤、氧化石墨烯、天然沸石、粘土和泥炭等。在这些吸附剂中，生物炭具有价格低廉、来源广泛、使用方便、可回收利用、适用性强等优点，成为最具吸引力的吸附剂。

碳基材料是一种富含碳的固体，通常是在缺氧或者无氧的条件下加热有机生物质而产生的。其制备原料来源广泛，如农业产生的大量动植物废料——麦秆、种壳、粪便等；人类制造的垃圾——比如下水污泥或其他生活垃圾以及植物副产品（如椰子壳，玉米麸等）都能作为原材料。其大表面积，高孔隙率和有效的官能团使它成为一种去除重金属的优良吸附剂。

水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物如细叶蜈蚣草、穿叶眼子菜、松针草、蓝藻、硅藻、绿藻、隐藻、裸藻、金藻、甲藻等含丰富的碳源，植株含水率高，叶片薄且面积大，具有吸收水体大量污染物质和悬浮沉积物等功能，常用于水体修复。但是水生植物在秋冬季节会衰亡，对水体造成二次污染。藻类水华的暴发会导致湖泊和水体富营养化，使水体环境、人类健康面临严峻挑战。因此，如何处理水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物残体和进行资源化利用是当前面临的问题之一。将水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物制备成碳基材料，方法简单易行，原材料来源丰富，是水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物残体资源化的方式之一。

但是传统的裂解方法所制备的碳基材料对重金属的去除效率较低，因此需对碳基材料进行改性，以提高其对重金属的去除效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于将水生植物及其所形成的腐败物或水华藻类及其所形成的腐败物残体资源化利用，制备含金属离子的碳量子点并将其负载于碳基材料后接枝共价有机聚合物，且将该多功能改性碳基材料用于去除水体中的重金属。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

1、制备含金属的天然水生植物或水华藻类及其所形成的腐败物碳量子点