[发明专利]一种碱改性生物炭及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碱改性生物炭及其制备方法与应用，属于环境材料制备技术领域。所述碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：将尿素、氢氧化钠溶于水，得到碱尿溶液，并放置于‑5～‑12℃；将纤维素加入上述碱尿溶液中，超声处理至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置；将静置的溶液加热，得到固体状混合物；将该固体混合物在空气中煅烧，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。本发明利用尿素包覆在纤维素表面阻断了生物质和氧气接触，实现在空气氛围下制备生物炭的目的。同时，利用碱性环境进一步提升生物炭的性能，使所述碱改性生物炭具有优异的去除水体中亚甲基蓝的性能。

技术领域

本发明属于环境材料制备技术领域，具体涉及一种碱改性生物炭及其制备方法与应用。

背景技术

通常情况下，生物炭是通过在缺氧环境中对生物质进行热转化产生的，即热解。生物炭具有较高的比表面积，以及丰富的孔隙结构和表面官能团，同时兼具价格低廉，能够降低废弃生物资源造成环境污染风险的优点，在环境领域获得广泛应用。

目前生物质热解成生物炭的缺氧环境条件主要是依靠于在热解过程中通入惰性气体的方式实现，但这种方式使得制备大多数在实验室环境，并且需要消耗额外的气体资源。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种碱改性生物炭及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种碱改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：

(1)将尿素、氢氧化钠溶于水，得到碱尿溶液，并放置于-5～-12℃；

(2)将纤维素加入上述碱尿溶液中，超声处理至纤维素溶解，然后放入室温环境中静置0.5～1h；

(3)将步骤(2)中静置的溶液加热，得到固体混合物；

(4)将该固体混合物在空气中煅烧，然后水洗，干燥得到碱改性生物炭。

本发明克服传统生物炭在惰性气体环境中制备的苛刻条件，利用碱尿体系溶解纤维素，根据尿素水合物在纤维素络合物外层形成管道包合物的原理，结合在煅烧过程中煅烧尿素及其中间体具有阻燃作用，能够导致纤维素纤维发生氧化分解以外的碳化特点，保证了在生物质在自然氧气环境热解过程中不被氧化。

作为本发明的优选实施方式，所述碱尿溶液中，氢氧化钠的浓度为6-18wt％，尿素的浓度为5-12wt％。

作为本发明的优选实施方式，所述纤维素和尿素的质量比为1:1.6～1:4.5。

作为本发明的优选实施方式，所述超声处理时间为30-60min。超声过程中加入冰，吸收所放出的热量，使超声过程的温度保持不变。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(3)中，加热温度为60-80℃。

作为本发明的优选实施方式，煅烧的温度为300-500℃，时间为2小时，升温速率为5～8℃/min。

本发明还要求保护所述碱改性生物炭的制备方法制备的碱改性生物炭。

所述碱改性生物炭在去除水体中亚甲基蓝的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明将尿素包覆在纤维素表面，利用尿素及其中间体在煅烧时的阻燃作用起到隔绝氧气的效果，并且所述碱改性生物炭具有成本低廉、应用范围更广的特点。

(2)本发明利用碱性环境进一步提升生物炭的性能，使所述碱改性生物炭具有优异的去除水体中亚甲基蓝的性能。

附图说明

图1为本发明实施例1所述碱改性生物炭的SEM图。

图2为本发明实施例1所述碱改性生物炭与生物炭对亚甲基蓝去除率对比图。