一种生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及生物炭技术领域，尤其涉及一种生物炭及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将生物质和水混合后，进行水热反应，得到中间产物；将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。本发明专利技术所述的制备方法制备得到的生物炭保留了生物质表面大量的含氧基，且形成了可控的规则有序的孔道结构。本发明专利技术制备得到的生物炭对废气的吸附量能够达到600mg/g，在液相中对污染物的吸附量能够达到550mg/m3；同时还能够作为催化剂、催化剂载体在催化领域进行应用，还能够作为电极材料应用至电池领域。同时，本发明专利技术所述的制备方法简单易行，成本较低。成本较低。成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物炭
，尤其涉及一种生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]现代社会中，随着人口的不断增长和经济快速发展，“环境”与“能源”经常处于对立的关系，即高的能源消耗增加了环境污染。从经济、生态和环境的观点看，化石能源资源不但渐趋枯竭，且燃烧时向大气中释放CO2，极大地增加了大气层中温室气体的含量，此外，能源生产过程中要使用大量的水资源，因此我们在获得能源的同时，涉及到大量水的纯化的问题。因此，环境保护与能源清洁利用是我们面临的巨大挑战。具有特殊物理化学性能的碳材料在能源清洁利用、水体净化和作为催化剂载体中起着重要作用。因此，开发新颖的、高性能的、可持续碳材料成为现在材料科学家关注的焦点。自从21世纪，伴随着化石燃料工业的发展，大多数碳基材料都是化石燃料衍生物为前驱体(如甲烷、乙醇、沥青等)，甚至一些合成过程中引入有毒试剂，在较为苛刻或是高能耗条件下合成(如电弧放电技术、化学气相沉积等)，不仅成本高而且对环境有害。因此，廉价可再生资源为前驱体，采用环境友好、高效的合成技术，制备低成本的、表面性质及孔结构可控的碳基材料引起了广泛的关注，而生物质就是我们寻找的前驱体之一。生物质通过光合作用把太阳能以化学能形式贮存在生物体内，整个生长过程中碳循环周期短、二氧化碳净排放为零。此外，生物质还具有数量大、分布广泛、可再生等特点，是制备功能碳材料的理想原料尤其近年来，用生物质制备多孔碳材料的相关研究成果在逐年递増。
[0003]目前针对生物质的方法主要包括高温分解法和直接热解法。高温分解法是传统方法制备各生物质基碳材料的主要热化学过程，它是基于煤的气化工艺发展而来的，是在没有氧参与、高温情况下生物质转变成固体碳、液体(生物油)和气体的热降解过程。虽然上述过程操作简单，但是由于高温分解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素的分解温度、反应途径等不同，使其反应环境复杂，所以人们对他的反应机理的认识有限，进而使得其在控制生物碳的孔结构和物理化学性能等方面显得尤为困难。
[0004]而通过直接热解法制备多孔碳的方式也很难获得多级孔结构的生物炭，且其比表面积和孔结构仍较弱。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种生物碳及其制备方法和应用，利用所述制备方法制备得到的生物炭具有丰富的表面氧官能团和规则有序的孔道结构。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将生物质和水混合后，进行水热反应，得到中间产物；
[0009]将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。
[0010]优选的，所述生物质包括黄竹、核桃壳、秸秆、花生壳、椰壳和水稻壳中的一种或几
种。
[0011]优选的，所述生物质的制备方法包括：将所述生物质对应的原料进行研磨后，将得到的粉末置于水中进行浸渍，取沉淀物，得到所述生物质。
[0012]优选的，所述粉末的粒径为20～100目。
[0013]优选的，所述生物质和水的质量比为1：(4～16)。
[0014]优选的，所述水热反应的温度为160～300℃，时间为8～44h。
[0015]优选的，所述焙烧在保护气氛中进行。
[0016]优选的，所述焙烧的温度为200～900℃，时间为1～8h。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的生物炭，所述生物炭的含氧官能团的质量含量为25～30％；
[0018]所述生物炭具有规则有序的孔道结构，所述孔道结构的平均孔径为0.4～1nm。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的生物炭在气相净化、液相净化催化或电池领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物质和水混合后，进行水热反应，得到中间产物；将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。本专利技术采用水热法可以实现在低温条件下(300℃以下)进行，清洁、有效的增加生物质的碳含量，且水热法可以通过控制反应时间、反应温度和液固比，有效地控制表面含氧基团的相对量和粒子形貌(尤其是孔结构)，随着水热反应的进行，生物质中的纤维素和木质素逐渐发生水解反应，生物质炭微球也逐渐增多。由于生物质中的纤维素和木质素在水热反应过程中已经坍塌，对其进行温度活化(焙烧)，可以使得到的生物炭的孔结构进一步的完善，使比表面积进一步扩大，而不损失材料表面的含氧基。因此，本专利技术所述的制备方法制备得到的生物炭保留了生物质表面大量的含氧基，且形成了可控的规则有序的孔道结构。本专利技术制备得到的生物炭对废气的吸附量能够达到600mg/g，在液相中对污染物的吸附量能够达到550mg/m3；同时还能够作为催化剂、催化剂载体在催化领域进行应用，还能够作为电极材料应用至电池领域。同时，本专利技术所述的制备方法简单易行，成本较低。
附图说明
[0021]图1为实施例1所述的HBC
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230、HBC
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230/700和对比例1所述的BC
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700对苯的吸附曲线；
[0022]图2为实施例1所述的HBC
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230、HBC
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230/700和对比例1所述的BC
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700对苯酚的吸附曲线；
[0023]图3为实施例3所述的HBC
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210/800和商业碳负载铜后对CS2的催化水解曲线；
[0024]图4为实施例1所述的HBC
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230、HBC
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230/700和对比例1所述的BC
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700的氮气等温吸附曲线。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将生物质和水混合后，进行水热反应，得到中间产物；
[0027]将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0029]本专利技术将生物质和水混合，得到生物质分散液。
[0030]在本专利技术中，所述生物质优选包括黄竹、核桃壳、秸秆、花生壳、椰壳和水稻壳中的一种或几种，更优选包括黄竹；当所述生物质为上述具体选择中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。
[0031]在本专利技术中，上述生物质的种类均富含含氧基团，由于原料本身所含有的纤维素、半纤维素和木质素的比例不同，会导致最终制备得到的活性炭的性能产生差异；其中黄竹的含氧基团含量最优，其进一步为后续制备得到的生物炭提供了更多的吸附位点，进而更进一步的提高其吸附性能。
[0032]在本专利技术中，所述生物质的制备方法优选包括：将所述生物质对应的原料进行研磨后，将得到的粉末置于水中进行浸渍，取沉淀物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物质和水混合后，进行水热反应，得到中间产物；将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质包括黄竹、核桃壳、秸秆、花生壳、椰壳和水稻壳中的一种或几种。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述生物质的制备方法包括：将所述生物质对应的原料进行研磨后，将得到的粉末置于水中进行浸渍，取沉淀物，得到所述生物质。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒径为20～100目。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质和水的质量比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，李晓康，李凯，宁平，孙鑫，马懿星，王驰，宋辛，
申请(专利权)人：江西省蔚蓝环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：