一种生物质碳基材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种生物质碳基材料的制备方法及其应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)对白茅圆锥花序进行预处理得到生物质碳前驱体，将静置后的生物质碳前驱体进行煅烧处理得到氮掺杂多孔碳纤维；(2)将步骤(1)所述氮掺杂多孔碳纤维置于含pd

【技术实现步骤摘要】
一种生物质碳基材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及净化甲醛的碳材料领域，涉及一种生物质碳基材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]甲醛作为挥发性有机化合物之一，被广泛认为是一种有毒有害的室内空气污染物，从家具和建筑材料中释放出来，对人类健康造成负面影响，如慢性支气管炎、刺激眼睛，甚至诱发癌症。为了改善室内空气质量，有效地去除室内甲醛污染物已迫在眉睫。目前，室内甲醛污染物的去除主要有吸附法、催化氧化法、等离子体氧化法等。在这些有前景的技术中，多孔碳材料的吸附是一种古老的技术，但有助于提高室温下催化氧化甲醛的能力，因此一种高效的室温催化剂通常应该具有很强的吸附能力。理论上，甲醛分子是一种极性分子，含有羰基氧原子，其上的孤对电子与路易斯酸位点相互作用，容易形成吸附态甲醛。同时，甲醛分子中的羰基碳原子会使电子云向氧原子倾斜。因此，羰基碳原子具有亲电性，通常与路易斯碱位点作用。因此，在吸附剂框架表面构建新颖的路易斯酸碱对结构以提高对甲醛的吸附能力是合理可行的。研究表明，通过构建富氮结构，中性多孔碳表面可以被有效极化，进而提升其吸附性能。
[0003]生物质，包括植物秸秆、果皮，甚至动物粪便，是一种可再生资源，也是一把“双刃剑”。如果使用得当，可以造福人类，但如果随意丢弃，可能会污染周围环境。
[0004]CN 103433001 A公开了一种生物质砷吸附材料的制备方法，将含有蛋白质的花生藤蔓改性，利用酵母菌及环糊精对五价砷离子的螯合、吸附作用，将五价砷离子的吸附量提升。利用生物质来提高材料的吸附性能，但是用该方法制备的吸附材料对甲醛的吸附力较弱，达不到甲醛的吸附要求。
[0005]CN 109126730 A公开了一种生物质多孔吸附材料及其制备方法与应用，采用辐照能有效破坏原料生物质材料的纤维内部结构，生物质吸附材料一步在生物质分子主链上引入胺基，实现生物质多孔材料的功能化，增加材料的比表面积，提高材料的吸附力。该方法采用辐照空气中生物质材料的方法，会产生光污染。另外，将辐照处理后的生物质材料进行处理，处理过程包括冰冻、常温搅拌、过滤、水洗等，制备过程复杂，生产成本高，不适合大规模生产。
[0006]因此，如何制备一种成本低可大规模生产的高效净化甲醛的生物质碳基材料，是本领域重要的研究方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种生物质碳基材料的制备方法及其应用，在具有高效净化室内甲醛污染效果的同时，具备制备成本的经济性和大规模生成的可行性。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种生物质碳基材料的制备方法，所述制备方法包括
以下步骤：
[0010](1)对白茅圆锥花序进行预处理得到生物质碳前驱体，将获得的生物质碳前驱体进行煅烧处理得到氮掺杂多孔碳纤维；
[0011](2)将步骤(1)所述氮掺杂多孔碳纤维置于含pd
2+
离子的溶液中依次进行吸附、抽滤、干燥处理和还原处理，得到所述生物质碳基材料。
[0012]本专利技术中以生物质白茅圆锥花序为前驱体，制备了一种所述生物质碳基材料，作为一种催化剂材料，该催化剂是由富氮结构的多孔碳和Pd纳米颗粒组成，依次作用于HCHO的吸附和降解，从而实现室温净化室内HCHO污染的目标。白茅作为一种常见的生物质，是一种多年生草本植物，符合低成本、环保和大规模生产的要求。尤其是白茅圆锥花序衍生的碳通常具有高比表面积和丰富的孔隙率，能够更好地暴露吸附位点，这对吸附甲醛至关重要。本专利技术以白茅圆锥花序为前驱体，从变废为宝的角度将其转变为有价值的碳基催化剂。
[0013]本专利技术首先将收集的生物质白茅圆锥花序进行清洗，随后将其进行水热处理，得到前驱体；接着，将前驱体置于具有氨气氛围的管式炉中煅烧，获得氮掺杂多孔碳纤维；最后，将制备的氮掺杂多孔碳纤维表面负载Pd纳米颗粒，得到生物质碳基材料。制备方法简单，原料廉价易得，规模化生产潜力大。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述预处理包括用去离子水对所述白茅圆锥花序进行清洗，将清洗后的白茅圆锥花序进行水热反应。
[0015]优选地，所述水热反应使用聚四氟乙烯内衬的反应釜进行。
[0016]优选地，所述水热反应中反应釜的体积为20～150mL，其中所述体积可以是20mL、30mL、40mL、50mL、60mL、70mL、80mL、90mL、100mL、110mL、120mL、130mL、140mL或150mL等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，所述水热反应的温度为120～200℃，其中所述温度可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述水热反应的时间为5～20h，其中所述时间可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h或20h等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述生物质碳前驱体的室温干燥时间为2～8天，其中所述天数可以是2天、3天、4天、5天、6天、7天或8天等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述室温的温度为5～35℃，其中所述温度可以是5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃或35℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述煅烧处理包括依次进行的升温煅烧处理、保温煅烧处理和降温煅烧处理。
[0022]优选地，所述升温煅烧处理的升温速率为2～15℃/min，其中所述升温速率可以是2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min、13℃/min、14℃/min或15℃/min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述保温煅烧处理的温度为600～1000℃，其中所述温度可以是600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述保温煅烧处理的时间为0.5～5h，其中所述时间可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述降温煅烧处理的降温速率为2～15℃/min，其中所述降温速率可以是2℃/min、3℃/min、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质碳基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)对白茅圆锥花序进行预处理得到生物质碳前驱体，将获得的生物质碳前驱体进行煅烧处理得到氮掺杂多孔碳纤维；(2)将步骤(1)所述氮掺杂多孔碳纤维置于含pd
2+
离子的溶液中依次进行吸附、抽滤、干燥和还原处理，得到所述生物质碳基材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预处理包括用去离子水对所述白茅圆锥花序进行清洗，将清洗后的白茅圆锥花序进行水热反应；优选地，所述水热反应使用聚四氟乙烯内衬的反应釜进行；优选地，所述水热反应中反应釜的体积为20～150mL；优选地，所述水热反应的温度为120～200℃；优选地，所述水热反应的时间为5～20h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述生物质碳前驱体的室温干燥时间为2～8天；优选地，所述室温干燥的温度为5～35℃。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述煅烧处理包括依次进行的升温煅烧处理、保温煅烧处理和降温煅烧处理；优选地，所述升温煅烧处理的升温速率为2～15℃/min；优选地，所述保温煅烧处理的温度为600～1000℃；优选地，所述保温煅烧处理的时间为0.5～5h；优选地，所述降温煅烧处理的降温速率为2～15℃/min；优选地，所述降温煅烧处理的截至温度为5～35℃；优选地，所述煅烧处理的氛围包括氨气氛围。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含pd
2+
离子的溶液包括PdCl2溶液；优选地，所述PdCl2溶液的浓度为0.01～4mg.mL
‑1。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文静，周晨亮，石绍渊，万印华，胡康，鞠培海，张宝之，章星宇，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：