一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，是将生物质材料与浓缩海水混合均匀、干燥后在无氧条件下经高温碳化制得，所得首次洗涤液可再次与生物质材料混合进行循环利用。本发明专利技术制得的炭材料可用作超级电容器电极、吸附材料等。本发明专利技术解决了淡化后海水难以处理以及活性炭制备所需活化剂昂贵两个难点，同时，本发明专利技术洗涤废液可与氯碱工业、侯氏制碱法和海水提溴工艺相结合制备其他产品，达到了节约资源、控制经济成本，降低污染，实现产业间的代谢和绿色循环经济工艺的目的。本发明专利技术制备生物质基功能活性炭的方法操作简单、成本低廉且制得的碳材料比表面积大，孔结构多，电化学、吸附和催化性能优异。

A method for preparation of biomass-based functional activated carbon materials assisted by concentrated seawater and its application

The invention discloses a method for preparing biomass-based functional activated carbon materials assisted by concentrated seawater. The biomass materials are evenly mixed with concentrated seawater, dried and carbonized at high temperature under anaerobic conditions. The first washing liquid obtained can be reused with biomass materials again. The carbon material prepared by the invention can be used as the electrode of supercapacitor, the adsorbing material, etc. The invention solves two difficulties: the difficulty of seawater treatment after desalination and the high cost of activator required for the preparation of activated carbon. At the same time, the washing waste liquid of the invention can be combined with chlor-alkali industry, Hou's caustic soda process and seawater bromine extraction process to prepare other products, achieving the purposes of saving resources, controlling economic costs, reducing pollution, realizing inter-industry metabolism and green circular economy process. The method for preparing biomass-based functional activated carbon has the advantages of simple operation, low cost, large specific surface area, multiple pore structures and excellent electrochemical, adsorption and catalytic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法及其应用
本专利技术涉及生物基功能炭材料的制备方法和应用，更具体地说，本专利技术涉及一种利用浓缩海水同时作为活化剂、造孔剂辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法及其应用，本专利技术方法还可实现循环制备，且制得的生物质基功能活性炭材料可应用于超级电容器和吸附材料、催化材料等领域。
技术介绍
随着经济的发展，淡水资源正在以惊人的速度消耗着，淡水资源短缺将是全球面临的重要问题，海水淡化是解决水荒的有效途径之一。浓缩海水是在海水淡化的最后阶段所获得的高浓度盐水，成份主要为NaCl，此外它也富含多种元素重金属、营养类盐、微量有机化合物，有机污染物和致病菌。目前，国内外对浓缩海水处理主要分为两类，一类是浓缩海水制盐，如提取溴单质，产量较低；一类是与电厂冷却水混合排入海洋或者直接排放入海，但是排放入海会可能会对海洋生态环境造成一定的负面影响。大量浓缩海水的经济化、高效化处理将是降低生产成本、实现可持续发展亟待解决的问题。有效地利用淡化后的浓盐水，实现海水淡化后浓缩海水资源化利用是未来重要的发展方向之一。生物质基功能活性炭材料以树皮、秸秆等农林废物为原料在缺氧条件下高温煅烧制得，具有环境相容性好、成本低廉、比表面积大、多孔结构等特点，已被广泛应用于储能和环境修复等领域。目前，生物质基炭应用于超级电容器、吸附方面需要具备丰富的多孔结构，这就对制备方法提出了要求。目前制备生物质基炭多采用KOH，H3PO4或者ZnCl2活化等方法，经过酸洗后制备生物质基炭，在此过程中不仅需要大量昂贵的活化剂，造成资源浪费的同时也产生大量废水污染环境，那么寻找一种高效的、绿色的、经济的制备生物质基功能活性炭材料的方法显得尤为重要。基于上述理由，提出本申请。
技术实现思路
基于上述
技术介绍
，本专利技术主要是为了解决淡化后海水难以处理以及活性炭制备所需昂贵的活化剂两个难点，本专利技术的目的在于提供一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法及其应用，在解决了浓缩海水带来的环境问题的同时也使其变废为宝用于制备低价高值的生物质基功能活性炭。另外，本专利技术方法简单，成本低廉，产生的废液可回收加以多方面利用，处理后的废液盐的浓度较高，其可以再次作为生物质活化剂用于生物质基功能活性炭材料的制备产生循环经济；且本专利技术方法制得的生物质基功能活性炭材料可应用于超级电容器和吸附材料、催化等领域。本专利技术的上述第一个目的，采用如下技术方案实现：一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，是将生物质材料与浓缩海水充分混合搅拌均匀、干燥后在无氧条件下经高温碳化制得。本专利技术上述所述的利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，具体包括如下步骤：(1)将生物质材料经破碎、清洗后在温度为40～150℃条件下干燥2～36h，然后将干燥后的生物质材料与浓缩海水混合均匀，得到混合物1；再将所得混合物1干燥4～56h，得到混合物2；(2)将步骤(1)所得混合物2置于管式炉或者马弗炉中，在无氧条件下加热升温至500～1000℃，保温0.5～6h进行高温热解，然后自然降至室温，得到碳化产物；(3)利用稀HCl或蒸馏水将步骤(2)所得碳化产物反复清洗、过滤多次，直至所得滤液pH为6.0～7.5，最后将过滤不溶物在40～120℃条件下干燥8～12h，即制得具有多孔纳米片结构的目标生物质基功能活性炭材料。进一步，上述技术方案，还包括步骤(4)：回收步骤(3)清洗、过滤所得首次洗涤液再次作为活化剂和造孔剂，用于与生物质材料混合，进行循环利用并最终制备生物质基功能活性炭材料。进一步，上述技术方案，步骤(1)所述浓缩海水可以是实际海水淡化后的浓缩海水，也可以是根据实际海水的固定成份配比所模拟的浓缩海水。所述浓缩海水由NaCl、MgCl2、MgSO4、CaCl2、KCl、NaHCO3、NaBr和H2O组成，根据海水淡化工艺和海域的不同其配比和浓度略有差异。优选地，上述技术方案，以1L的8倍模拟浓缩海水计，所述模拟海水包括如下含量的各组分：NaCl195.0～258.2g/L；MgCl216.5～22.5g/L；MgSO424.0～31.2g/L；CaCl25.5～10.5g/L；KCl4.7～6.4g/L；NaHCO3:1.4～1.8g/L；NaBr0.54～0.8g/L。进一步，上述技术方案，所述生物质材料可以为树皮、鱼鳞、蝉蜕、豆腐、果皮、葡萄糖、植物秸秆、花生壳等中的任一种。进一步，上述技术方案，所述浓缩海水的浓度范围为2～8倍浓缩海水。进一步，上述技术方案，所述生物质材料与浓缩海水的用量比优选为(1～10)g：(50～500)ml。进一步，上述技术方案，步骤(1)所述生物质材料的破碎方法主要采用物理破碎法，将所述生物质材料破碎成小颗粒或者粉末，比如采用球磨法将生物质材料磨成粉末态。进一步，上述技术方案，步骤(1)所述生物质材料与浓缩海水的混匀方式，可以采用常温搅拌法进行混匀，搅拌时间为2～72h；也可以是将混合物置于水热反应釜中，在80～180℃条件下保温2h～48h进行混匀。进一步，上述技术方案，步骤(1)所述混合物1的干燥方式可以是冷冻干燥也可以是烘箱干燥。进一步，上述技术方案，步骤(2)所述管式炉升温速率为2～10℃/min。进一步，上述技术方案，步骤(2)中高温热解可以是在有惰性气体的氛围内，也可以是样品覆盖海盐后隔绝空气进行煅烧。优选地，上述技术方案，所述的惰性气体可是N2或者是Ar。本专利技术上述制备方法原理如下：浓缩海水与生物质混合均匀，经过干燥后，生物质被密封在浓缩海水盐晶体中，在高温热解过程中，无机盐会对生物质的孔结构起到支撑的作用，并且浓缩海水中的盐可以有效地避免生物质基功能活性炭黏连从而形成多孔纳米片结构。本专利技术上述制备生物质基功能活性炭材料方法的步骤(3)中清洗碳化产物得到的首次洗涤废液含有大量的NaCl和NaBr，其盐浓度高于浓缩海水，因而更具备资源化利用的价值。因此，本专利技术还提供了将上述含有以NaCl为主的首次洗涤废液进行二次处理的方法，从而实现了废液的循环利用，节约能源，资源得到充分的利用，同时也降低了成本，具体处理方法如下：首次洗涤废液的成分和浓缩海水相似，且其盐的浓度较高，其可以再次作为生物质活化剂用于生物质基功能活性炭材料的制备，实现产业间的代谢和绿色循环经济工艺；此外，本专利技术结合参考侯氏制碱法在首次洗涤废液中通入CO2和NH3制备Na2CO3和NH4Cl，可进一步回收利用废液；结合参考氯碱工业通过电解首次洗涤废液制取NaOH、Cl2和H2，再进一步生产一系列的化工产品的工业；结合参考海水制盐和海水提溴，应用于工业上可将首次洗涤废液引入盐田，后在太阳照射下暴晒和蒸发水，留下粗盐，分离食盐晶体后得到的苦卤母液通入Cl2后用于海水提Br。采用上述方法将制备生物质基炭的废液得到有效循环利用，实现了绿色的循环制备路径。上述各处理方法原理如下：a.首次洗涤废液再次利用首次洗涤生物炭样品的废液含有大量的盐，盐浓度较高，其成分和浓缩海水大致相同，可再次作为活化剂用于生物质基功能活性炭材料的制备，达到循环经济的目的。b.结合参考侯氏制碱法：NaCl+CO2+NH3+H2O＝NaHCO3↓+NH4Cl(可作氮肥)2Na本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，其特征在于：是将生物质材料与浓缩海水充分混合搅拌均匀、干燥后在无氧条件下经高温碳化制得。

【技术特征摘要】
1.一种利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，其特征在于：是将生物质材料与浓缩海水充分混合搅拌均匀、干燥后在无氧条件下经高温碳化制得。2.根据权利要求1所述的利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：(1)将生物质材料经破碎、清洗后在温度为40～150℃条件下干燥2～36h，然后将干燥后的生物质材料与浓缩海水混合均匀，得到混合物1；再将所得混合物1干燥4～56h，得到混合物2；(2)将步骤(1)所得混合物2置于管式炉或马弗炉中，在无氧条件下加热升温至500～1000℃，保温0.5～6h进行高温热解，然后自然降至室温，得到碳化产物；(3)利用稀HCl或蒸馏水将步骤(2)所得碳化产物反复清洗、过滤多次，直至所得滤液pH为6.0～7.5，最后将过滤不溶物在40～120℃条件下干燥8～12h，即制得具有多孔纳米片结构的目标生物质基功能活性炭材料。3.根据权利要求2所述的利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤(4)：回收步骤(3)清洗、过滤所得首次洗涤液再次作为活化剂和造孔剂，用于与生物质材料混合，进行循环利用并最终制备生物质基功能活性炭材料。4.根据权利要求2或3所述的利用浓缩海水辅助制备生物质基功能活性炭材料的方法，其特征在于：步骤(1)所述浓缩海水是实际海水淡化后的浓缩海水或是根据实际海水的固定成份配比所模拟的浓缩海水；所述浓缩海水由NaCl、MgCl2、MgSO4、CaCl2、KCl、NaHCO3、NaBr...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭创，于芳，张伶俐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42