一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法技术

一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶、a‑淀粉酶降解上述果皮中的淀粉或使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。本发明专利技术有效保留了更多木质纤维素，使得碳的得率增加；制备过程采用一次高温煅烧，不使用任何强酸、强碱性化学试剂，活化后无需过多清洗，减少二次污染，达到节能减排；本发明专利技术方法有效增大了生物炭的比表面积，获得丰富的孔结构；本发明专利技术制备的生物炭对罗丹明b具有优异的吸附性能。

A method of preparing plant-based biochar with single component modified by biological activation

【技术实现步骤摘要】
一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法
本专利技术涉及碳材料
，具体涉及一种基于生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法。
技术介绍
柚子皮作为柚子的一部分，约占柚子重量的44％～54％,主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、果胶和水分，同时也含有少量的蛋白和水溶性淀粉。这些成分表面含有大量的活性官能团，可与某些离子通过离子交换、螯合和络合等方式结合。因此柚子皮可作为一种新型的吸附材料加以开发和利用，设法利用这种植物果皮作为制备活性炭的原料，使其变废为宝，具有重要意义。生物炭是利用生物质残体在缺氧环境中经过热化学反应形成的富碳产物，不仅来源广、储量大，而且是一类十分宝贵的绿色资源。目前关于生物炭的改性方法主要集中在物理和化学方法上，而生物改性法则少见报道，且现有的生物改性方法主要是从降解纤维素、半纤维素及木质素方面对生物质原料进行生物活化。现目前存在生物活化改性制备生物炭报道较少是由于生物活化方法难实施，且生物活化的机理较复杂，很难准确把控生物活化改性的具体途径。鉴于此，寻求生物活化改性制备植物基生物炭的新方法，以填补现有技术中活化改性制备植物基生物炭在生物活化领域的空白，具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，该方法显著提高生物炭的比表面积和孔结构，从提高生物炭的吸附性能。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶，或者使用a-淀粉酶降解上述果皮中的淀粉，或使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。进一步，上述生物活化中降解果皮中的果胶具体是称取预处理后的果皮粉加去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水的用量比为1g：10-20mL，然后加入pH＝5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入果胶酶，水浴加热酶解，然后用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性。优选的，上述生物活化中降解果皮中的果胶具体是称取预处理后的果皮粉加去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水的用量比为1g：15mL，然后加入pH＝5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，按照120U/g的量加入果胶酶，在50℃下水浴加热酶解1.5h，用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性。进一步，上述降解果皮中的淀粉具体是称取预处理后的果皮粉加水配制成乳液，果皮粉与去离子水的用量比例为1g：5-15mL，然后90℃恒温水浴糊化30-50min，并加CaCl2使水解液Ca2+浓度为0.01mol/L，调节pH＝6.0，按80-130U/g的用量加入淀粉酶，在58-60℃下进行水解反应，水解时间50-120min，用200目尼龙网过滤，滤渣用去离子水洗涤至中性。进一步，上述降解果皮中的蛋白具体是称取预处理后的果皮粉，加入去离子水配置成乳液，果皮粉与去离子水用量为1g：15-20ml，调节乳液pH＝3.0-4.0，酶解温度30℃，按400-500U/g的量加入酸性蛋白酶，放于摇床反应30-50min，过滤并清洗滤渣，烘干备用。柚子皮、橙子皮、橘子皮等果皮含有丰富的果胶、蛋白及淀粉等成分，这些成分在柚子皮的细胞壁中与纤维素、木质素等成分以共价键结合，形成相互缠绕的稳固结构。专利技术人发现果胶、蛋白及淀粉等成分的存在，使得果皮中的有效成分(木质纤维素)进行炭化时无法获得大的比表面积和孔径发展；本专利技术采用生物活化的方式对果皮中的果胶、淀粉或蛋白进行降解，使得木质纤维素的结构发生改变，便于后期碳化时获得大的比表面积，形成丰富的微孔和介孔结构。进一步，上述原料预处理具体是将果皮用水清洗干净，然后在80～100℃下干燥8-10h，将烘干后的果皮粉碎成2～5mm小段。进一步，上述过滤洗涤、干燥具体是将生物活化后的果皮用蒸馏水冲洗至水中没有酶活后，在80～100℃下干燥至恒重。进一步，上述高温煅烧是将干燥至恒重的果皮装入坩埚，压实加盖后用锡箔纸密封，以10℃/min的升温速率升温至500～700℃，恒温煅烧60～120min，增加最终材料的比表面积和孔容，随后在12℃/min速率下降温度降至300～350℃，恒温30～40min，使挥发性物质充分挥发，取出坩埚与室温环境中自然冷却。具体地说，一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于，按如下步骤进行：(1)、将柚子皮用水清洗干净，然后在80～100℃下干燥8-10h，将烘干后的果皮粉碎成2～5mm小段；(2)、降解柚子皮中的果胶：称取干燥至恒重的柚皮粉加去离子水配置成料液比1g：10～20ml乳液，加入pH＝5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，100～150U/g柚皮粉加入果胶酶，在50℃下水浴加热酶解1～2h，用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤滤渣至中性；(3)、将生物活化后的柚子皮用蒸馏水冲洗至水中没有酶活后，在80～100℃下干燥至恒重；(4)、将干燥至恒重的柚子皮装入坩埚，压实加盖后用锡箔纸密封，以10℃/min的升温速率升温至500～700℃，恒温煅烧60～120min，随后在12℃/min速率下降温度降至300～350℃，恒温30～40min，取出坩埚于室温环境中自然冷却。降解果胶、蛋白或淀粉等成分和煅烧的过程配合不当，容易造成木质纤维素的结构被过度破坏，表面官能团被分解，后期碳化时结构容易发生垮塌，孔径结构坍塌，比表面积小，吸附性能差。本专利技术正是通过上述生物活化与特定的高温煅烧结合，温和地去除了原料中的果胶、淀粉或蛋白，疏松了木质纤维素的结构，活化过程有效保留了更多的木质纤维素，使得最终制备的生物炭产量高，结构稳定不垮塌，获得大的比表面积和丰富的孔径结构，其形成的官能团暴露出来，形成大量的吸附活性位点，从而有优异的吸附性能。本专利技术具有如下技术效果：本专利技术采用生物活化改性单一成分，去除果皮中含有的果胶、淀粉或者蛋白，(1)有效保留了更多木质纤维素，使得碳的得率增加；(2)制备过程采用一次高温煅烧，不使用任何强酸、强碱性化学试剂，活化后无需过多清洗，减少二次污染，达到节能减排；(3)本专利技术方法有效增大了生物炭的比表面积，获得丰富的孔结构；(4)本专利技术制备的生物炭对罗丹明b具有优异的吸附性能，吸附性能达到356mg/g。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。实施例1一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，按如下步骤进行：(1)、将柚子皮用水清洗干净，然后在90℃下干燥9h，将烘干后的果皮粉碎成4mm小段；(2)、称取干燥至恒重的柚皮粉加去离子水配置成料液比1g：15ml乳液，加入pH＝5的柠檬酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶，或使用a-淀粉酶降解上述果皮中的淀粉，或者使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：具体是以柚子皮、橘子皮或橙子皮为原料，依次通过原料预处理、生物活化改性、过滤洗涤、干燥、高温煅烧，所述生物活化改性是使用果胶酶降解上述果皮中的果胶，或使用a-淀粉酶降解上述果皮中的淀粉，或者使用酸性蛋白酶降解上述果皮中的蛋白。


2.如权利要求1所述的一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：所述生物活化中降解果皮中的果胶具体是称取预处理后的果皮粉加去离子水配制成乳液，果皮粉与去离子水的用量为1g：10-20mL，再加入pH=5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，按照100-150U/g的量加入果胶酶，在50℃下水浴加热酶解1-2h，用200目尼龙网过滤，再用去离子水洗涤至中性。


3.如权利要求1所述的一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：所述降解果皮中的淀粉具体是称取预处理后的果皮粉加水配制成乳液，果皮粉与去离子水的用量比为1g：5-15mL，然后在90℃恒温水浴糊化30-50min，并加CaCl2使水解液Ca2+浓度为0.01mol/L，调节pH=6.0，按80-130U/g的用量加入淀粉酶，在58-60℃下进行水解反应，水解时间50-120min，用200目尼龙网过滤，滤渣用去离子水洗涤至中性。


4.如权利要求1所述的一种生物活化改性单一成分制备植物基生物炭的方法，其特征在于：所述降解果皮中的蛋白具体是称取预处理后的果皮粉，加入去离子水配制成乳液，果皮粉与去离子水用量为1g：15-20ml，调节乳液pH=3.0-4.0，酶解温度30℃，按400-500U/g的量加入酸性蛋白酶，放于摇床反应30-50min，过滤并清洗滤渣，烘干备用。


5.如权利要求1-4任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓龙，潘杰，闫彬，程福龙，欧阳佳威，胡浩，游春城，金龙龙，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50