本發(fā)明專利技術(shù)屬于廢棄生物質(zhì)資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法及應(yīng)用，包括以下步驟：使用共晶溶劑替代水熱法制備炭材料過(guò)程中的反應(yīng)介質(zhì)，將生物質(zhì)、纖維素或木質(zhì)素制備成富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備得到的生物質(zhì)炭材料具有富羧、富酚羥基的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)水熱炭缺羧基和酚羥基等活性官能團(tuán)以及碳化程度較低的缺陷，具有更高的污染物吸附性能和可循環(huán)再生的效果，且原料的來(lái)源廣且價(jià)格低廉。且原料的來(lái)源廣且價(jià)格低廉。且原料的來(lái)源廣且價(jià)格低廉。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法及應(yīng)用
[0001]本專利技術(shù)屬于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用
，具體涉及一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
[0002]隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，開發(fā)和利用核能已成為解決全球能源短缺問題的重要戰(zhàn)略。然而，核電站的運(yùn)行將產(chǎn)生大量含鈾廢水，這將對(duì)環(huán)境安全和人類健康造成嚴(yán)重威脅。目前，去除廢水中重金屬主要通過(guò)化學(xué)沉淀、微生物或電化學(xué)處理、膜分離、光催化還原和吸附。其中，吸附法因其應(yīng)用范圍廣、成本低和易于實(shí)施而被廣泛使用。
[0003]生物炭具有來(lái)源廣泛，成本低的特點(diǎn)，是近年來(lái)最常用的吸附劑之一，主要由熱解、氣化和水熱炭化等方式制成。水熱炭因其表面含有大量含氧官能團(tuán)，常被用于吸附重金屬。但是在水熱碳化過(guò)程中，由于水熱溶劑性質(zhì)的限制，水熱碳化通常需要在更嚴(yán)格的條件下(例如高壓)進(jìn)行，且反應(yīng)溫度較低導(dǎo)致產(chǎn)物碳化程度不高，因此我們提出選擇一種新型的溶劑來(lái)改善這一缺陷。
[0004]共晶溶劑(DES)還目前比較熱門的一種綠色溶劑，主要具有高化學(xué)和熱穩(wěn)定性、低揮發(fā)性、可回收性、低毒性和高生物降解性等特點(diǎn)，常被用作反應(yīng)溶劑。因此，本專利技術(shù)針對(duì)水熱炭的缺陷提出利用DES作為反應(yīng)溶劑構(gòu)建一種新型的溶劑熱方法，以廢棄生物質(zhì)為原料原位構(gòu)筑一種具有豐富羧基和酚羥基等活性官能團(tuán)的生物質(zhì)炭，進(jìn)而利用這一特性實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物的高值高性能應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法及應(yīng)用。本專利技術(shù)制備得到的生物質(zhì)炭材料具有富羧、富酚羥基的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)水熱炭缺羧基和酚羥基等活性官能團(tuán)以及碳化程度較低的缺陷，具有更高的污染物吸附性能和可循環(huán)再生的效果，且原料的來(lái)源廣且價(jià)格低廉。
[0006]本專利技術(shù)的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法，包括以下步驟：使用共晶溶劑替代水熱法制備炭材料過(guò)程中的反應(yīng)介質(zhì)，將生物質(zhì)、纖維素或木質(zhì)素制備成富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料。
[0007]進(jìn)一步的，所述水熱法制備炭材料過(guò)程是指：以水為反應(yīng)介質(zhì)，在高溫(高壓)條件下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)炭材料的過(guò)程。
[0008]進(jìn)一步的，所述共晶溶劑由氯化膽堿和有機(jī)酸制成。優(yōu)選為氯化膽堿和檸檬酸。
[0009]進(jìn)一步的，所述共晶溶劑的制備方法為：將氯化膽堿和有機(jī)酸在60
?
80℃下混合至澄清即可，溫度優(yōu)選為60℃，其中氯化膽堿和有機(jī)酸的摩爾比為1：1
?
3，優(yōu)選為1:1。
[0010]進(jìn)一步的，所述生物質(zhì)和共晶溶劑的固液比為0.5
?
3:10，優(yōu)選為1:10，所述共晶溶劑的濃度為50
?
300g/L，優(yōu)選為100g/L。
[0011]進(jìn)一步的，所述生物質(zhì)為秸稈和林木廢棄物。所述秸稈優(yōu)選為棉科秸稈，所述林木廢棄物優(yōu)選為木材加工廢棄物。
[0012]進(jìn)一步的，所述高溫的溫度范圍為130
?
250℃。
[0013]本專利技術(shù)還提供上述的一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法制備得到的富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料。
[0014]本專利技術(shù)還提供上述的富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料在吸附重金屬污染物的應(yīng)用。
[0015]進(jìn)一步的，所述重金屬污染物包括鈾、鉛等。
[0016]本專利技術(shù)的有益效果是：
[0017]1、本專利技術(shù)采用DES替代傳統(tǒng)水熱法制備炭材料過(guò)程中的反應(yīng)介質(zhì)，將生物質(zhì)、纖維素或木質(zhì)素制備成生物質(zhì)炭材料，制備成的生物質(zhì)炭材料具有富羧基、富酚羥基、較強(qiáng)的再生和循環(huán)利用的能力，用于吸附重金屬時(shí)，表現(xiàn)出更高的吸附性能和循環(huán)性能。
[0018]2、本專利技術(shù)的制備方法中使用的DES同樣具有可循環(huán)利用的性能，且使用循環(huán)利用的DES 不影響生物質(zhì)炭材料的吸附性能。
[0019]3、本專利技術(shù)的原材料可以直接選擇農(nóng)作物秸稈、林木廢棄物，具有原料來(lái)源廣、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。
附圖說(shuō)明
[0020]圖1為HTC(對(duì)照例1
?
3)和STC(實(shí)施例1
?
3)的含氧官能團(tuán)(OFGs)Boehm滴定圖像；
[0021]圖2為HTC(對(duì)照例1
?
3)和STC(實(shí)施例1
?
3)的FTIR圖像；
[0022]圖3為STC(實(shí)施例1
?
3)的C1sXPS光譜分峰擬合結(jié)果；
[0023]圖4為不同pH下HTC(對(duì)照例1
?
3)和STC(實(shí)施例1
?
3)對(duì)U(VI)的吸附圖；
[0024]圖5為STC180和HTC180的吸附動(dòng)力學(xué)；
[0025]圖6為STC180和HTC180的吸附等溫線；
[0026]圖7為共存陽(yáng)離子(Mg
2+
、Ga
2+
、Na
+
、K
+
)對(duì)STC180和HTC180吸附的影響；
[0027]圖8為STC(實(shí)施例1
?
3)吸附U(VI)后循環(huán)使用性能；
[0028]圖9為連續(xù)制備STC180作為U(VI)吸附劑的DES的可回收性；
[0029]圖10中(a)為溶液pH對(duì)用于使用溶劑熱法制備的生物質(zhì)炭和純生物質(zhì)炭吸附U(VI) 的影響，(b)為在ChCl溶液、CA溶液和DES中制備的各種生物質(zhì)炭對(duì)U(VI)的吸附量；
[0030]圖11為DEC
?
U(對(duì)照例6
?
8)吸附鈾的數(shù)據(jù)；
[0031]圖12為pH是7下H(對(duì)照例7
?
11)和DES
?
OA(實(shí)施例7
?
9)對(duì)鉛(Pb)的吸附圖。
具體實(shí)施方式
[0032]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本專利技術(shù)的技術(shù)方案，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0033]一、實(shí)驗(yàn)條件
[0034]棉桿選取來(lái)自新疆某農(nóng)場(chǎng)的棉桿作為生物質(zhì)原料，粉碎后過(guò)80目篩并于65℃烘干封存?zhèn)溆茫?br/>[0035]木質(zhì)素(脫堿)和纖維素粉來(lái)自于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
[0036]氯化膽堿(ChCl)由Alfa Aesar(中國(guó))化工有限公司提供；
[0037]檸檬酸(CA)來(lái)自成都科隆化學(xué)品有限公司；
[0038]尿素來(lái)自福晨(天津)化學(xué)試劑有限公司；
[0039]木屑來(lái)自樺樹，經(jīng)粉碎后過(guò)80目篩并于65℃烘干封存?zhèn)溆茫?br/>[0040]草酸來(lái)自成都科隆化學(xué)品有限公司。
[0041]二、實(shí)驗(yàn)方法
[0042]實(shí)施例1
?3[0043]步驟1、共晶溶劑DES制備：采用氯化膽堿(ChCl)和檸檬酸(CA)以摩爾比1:1，在 60℃下攪拌加熱至溶液澄清，得到DES。
[0044]步驟2、富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的制備：將步驟1制備得到本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：使用共晶溶劑替代水熱法制備炭材料過(guò)程中的反應(yīng)介質(zhì)，將生物質(zhì)、纖維素或木質(zhì)素制備成富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法，其特征在于，所述水熱法制備炭材料過(guò)程是指：以水為反應(yīng)介質(zhì)，在高溫條件下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)炭材料的過(guò)程。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法，其特征在于，所述共晶溶劑由氯化膽堿和有機(jī)酸制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制備富羧富酚羥基生物質(zhì)炭材料的方法，其特征在于，所述共晶溶劑的制備方法為：將氯化膽堿和有機(jī)酸在60
?
80℃下混合至澄清即可，其中氯化膽堿和有機(jī)酸的摩爾比為1：1
?
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：代立春，賴鵬慧，周海琴，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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