[发明专利]一种葡萄糖-芬顿联动体系制备生物质水热碳的方法

说明书

本发明公开了一种葡萄糖‑芬顿联动体系制备生物质水热碳的方法，包括以下步骤：S1、将生物质与葡萄糖水溶液混合形成固‑液混合物，按1‑4mg/L添加芬顿试剂作为功能剂；S2、将步骤S1的固‑液混合物移入高压水热反应釜中，在160‑240℃下水热反应8‑24h，冷却，过滤，洗涤，干燥得到高得率的生物质水热碳；S3、将步骤S2得到的水热碳在碱溶液中搅拌活化，过滤，洗涤，即得到高得率功能化的生物质水热碳。本发明利用廉价和可再生的生物质，例如柚子皮作为碳源，通过葡萄糖‑芬顿联动体系进行水热碳化反应，制备得到了高产率的水热碳。水热碳孔隙结构良好，表面含有大量的含氧活性位点。

技术领域

本发明属于水热碳材料制备技术领域，涉及一种葡萄糖-芬顿联动体系制备生物质水热碳的方法。

背景技术

近年来，由于生物质水热碳化生产水热碳的价格低廉、原料可再生，使得生物质水热碳化生产碳材料吸引了广泛的关注。通过水热碳化的方法，应用多种生物质生产水热碳的研究较多。但是，直接由生物质水热碳化得到水热碳的得率比较小，功能化效果比较差，需要找到简单有效的方法改善水热碳的得率和功能化。大多数研究通过添加功能性试剂对水热碳的结构和功能进行调控，例如通过在水热碳化葡萄糖的过程中添加少量的阴离子聚丙烯酰胺，合成了单分散的、尺寸可控的碳质微球。但是，很少有研究者探究如何提高生物质水热碳化过程产生水热碳的得率。

柚子是我国主要水果之一，废弃物柚子皮约60万吨/年，未经合理的处置会造成严重的环境污染和资源浪费。柚子皮的结构致密，具有紧凑的纤维组织和大量的孔隙并含有多种羟基及其他基团，富含有机碳组分，是制备生物碳的良好前驱体。生物质的水热碳化过程所需条件温和、操作简便，是一种有前景的利用生物质的方法。由于柚子皮中含有大多数的纤维素，半纤维素和果胶，使柚子皮成为生产水热碳的较好原料。柚子皮水热碳化生产水热碳不仅可以充分利用水热碳中的碳源物质，而且能够明显提升柚子皮的价值。

柚子皮的有效利用对于企业的清洁生产和进一步提升产品价值都是相当重要的，提高生物质基水热碳的得率、增强水热碳的功能化利用，是现阶段面临的重要难题。因此，研究出一种柚子皮基高得率、功能化的水热碳具有重要的意义。

发明内容

本申请的目的在提供一种葡萄糖-芬顿联动体系制备生物质水热碳的方法，通过该方法可以得到形貌良好、得率高的、功能化的生物质水热碳。

为实现上述目的，本申请是通过如下的技术方案来实现的。

一种葡萄糖-芬顿联动体系制备生物质水热碳的方法，其包括以下步骤：

S1、将生物质与葡萄糖水溶液混合形成固-液混合物，按1-4mg/L添加芬顿试剂作为功能剂；

S2、将步骤S1的固-液混合物移入高压水热反应釜中，在160-240℃下水热反应8-24h，冷却，过滤，洗涤，干燥得到高得率的生物质水热碳；

S3、将步骤S2得到的水热碳在碱溶液中搅拌活化一定的时间，过滤，洗涤，即得到高得率功能化的生物质水热碳。

能过该方法制备水热碳的整体得率高，水热处理的前体为天然的气凝胶-生物质，反应溶液是糖溶液而不是通常采用的水溶液；制备水热碳的过程简单、操作简便，有效实现了生物质的增值化利用；制得的水热碳具有良好的形貌结构、表面又富含大量的含氧活性位点，可作为阳离子污染物吸附剂。

在步骤S1中，固-液混合物中的生物质与葡萄糖水溶液的含量为每1kg生物质混合10～25L葡萄糖水溶液，葡萄糖水溶液的浓度为30～80g/L。

进一步的，芬顿试剂根据固-液混合物含水量确定添加量为1-4mg/L，芬顿试剂中Fe²⁺和H₂O₂质量分数比为1：1～1：5。

芬顿试剂中Fe²⁺采用硫酸亚铁配制，H₂O₂采用30％的双氧水配制。