[发明专利]一种用于快速净化染料废水的木质素基分级多孔碳及其制备方法

说明书

本发明属于低值与废弃生物质资源的有效利用技术领域，具体公开了一种用于快速净化染料废水的木质素基分级多孔碳及其制备方法。所述制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素溶于氢氧化钾溶液中，搅拌均匀后，蒸发浓缩得到膏状粘稠氢氧化钾/木质素混合物；(2)在氮气氛围下，将步骤(1)中浓缩后的氢氧化钾/木质素混合物高温碳化活化，得到黑色碳固体；(3)脱酸处理，将步骤(2)得到的黑色碳固体，先用稀盐酸中和，再经水洗涤至中性，干燥后即得到木质素基分级多孔碳。本发明所述方法制备的木质素基分级多孔碳对对阴离子染料、阳离子染料均有较高的吸附容量和快速去除能力，可实现水体中有机染料的快速高效普及性吸附。

技术领域

本发明属于低值与废弃生物质资源的有效利用技术领域，特别涉及一种用于快速净化染料废水的木质素基分级多孔碳及其制备方法。

背景技术

当前工业上有超过100000种有机染料被源源不断地生产和使用。有机染料因其优异的显色性能广泛应用于造纸、塑料、皮革、化妆品和印刷等重要领域。大量的有害染料废水若不经处理直接排放，会对生态环境和人类健康产生巨大的威胁。因为有机染料对太阳辐射、微生物降解和氧化剂非常稳定，而且色度高、毒性强，染料废水被公认为最难处理的污染物之一。潜在的致突变和致癌作用使得染料废水的高效处理刻不容缓。

为了解决染料废水的污染问题，国内外提出了很多技术，例如光催化降解、生物氧化、离子交换、膜分离、电解、浮选、吸附等。但是这些技术都存在一些不容忽视的问题，例如去除效率低、成本高昂等，因而在实际应用中受到诸多限制。其中，吸附作为一种操作简单、去除效率高的技术而备受青睐，成为了近年来染料废水净化处理的主流技术之一。近年来，各种吸附材料被不断地开发以用于去除水体中的有机染料，例如活性炭、羟基磷灰石、大孔树脂、分子筛、氧化铝等。其中，多孔碳材料以其超高的比表面积、超大的吸附容量、优异的化学稳定性、容易再生的特性得到了广泛的应用。与常用的煤基和沥青基等化石资源作为原料相比，生物质资源如工业木质素等含有丰富的碳元素，储量丰富可再生，是代替化石资源制备各种碳材料的首选。木质素是唯一的天然可再生的芳香族高分子聚合物，作为造纸、燃料乙醇等工业的副产物，其全球年产量约为七千万吨。但在实际的工业生产中，由于生物质原料来源宽泛、生产工艺不同，木质素结构各异且分子量具有多分散性，因此仅有不到5％的工业木质素得到很好的利用，而大部分的木质素被用来燃烧发电。这不仅造成了木质素资源的极大浪费，也加大了二氧化碳的排放，不利于我国实现“碳达峰、碳中和”的远景目标。因此，开发价廉高效的工艺技术，将工业木质素转化为吸附剂去除水体中的染料以代替低值化的燃烧利用，以废治废，不仅可以减少燃烧带来的环境污染，还可有效实现这些工业废弃物的资源化利用，且符合低碳社会发展的需要，具有重要的经济效益和环保价值。

中国专利(专利号：CN111229179A)公开了一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用。它是将木质素作为吸附剂载体，聚乙烯亚胺作为接枝物提供阳离子电荷，在微波辐射诱导作用下，通过自由基聚合及静电自组装原理得到木质素基阴离子染料吸附剂。

中国专利(专利号：CN110280217A)公开了一种木素吸附剂、其制备方法及其应用。它是对植物纤维原料预水解液进行探头式超声处理，在超声处理后的预水解液加入辣根过氧化物酶和过氧化氢进行酶处理，处理后的水解液经离心、沉淀洗涤、干燥，得木素吸附剂。

中国专利(专利号：CN104475044A)公开了一种磁性木质素吸附剂制备的方法。该磁性木质素吸附剂是采用木质素为基体，环氧氯丙烷为交联剂，四氧化三铁为磁源，二乙烯三胺、己二胺、乙二胺等为作胺化试剂制备的。该吸附剂对苯胺蓝的最大吸附量可达499.75mg/g。

中国专利(专利号：CN105771920B)公开了一种谷氨酸钠修饰的碱木质素基吸附材料的制备方法及其在去除废水染料中的应用。该吸附剂是将工业木质素为前驱体，通过碱溶酸析提纯得到碱木质素，再加入谷氨酸钠和甲醛反应，经调节pH至酸性、搅拌析出、抽滤洗涤、干燥、研磨过筛等步骤得到谷氨酸钠修饰的碱木质素基吸附材料。该吸附剂对孔雀石绿和曙红B的最大吸附量分别可达43.6mg/g和34.1mg/g。