本发明专利技术属于复合材料技术领域，涉及木质素的改性，尤其涉及一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法，包括：先将木质素隔氧炭化粉碎成末，再将木质素炭粉末、无机碱或碳酸盐、去离子水以质量比3～6:1:200混合搅拌均匀，烘干研磨；于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，洗净后研磨成粉；再将多孔木质素炭粉末、有机氮源和去离子水以质量比1:5～20:500混合搅拌，烘干、研磨，粉末于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，洗净后研磨成粉，即得。本发明专利技术采用绿色环保型工艺，过程可控，操作简便，不会产生二次污染物。通过实验模拟催化还原废水中六价铬，效果优异，最快可在15min内可以达到20 mg/L六价铬的超高去除率（>99%），为实际应用提供了可参考的理论模型。了可参考的理论模型。了可参考的理论模型。
【技术实现步骤摘要】
多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法及其介导还原六价铬的应用
[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及木质素的改性，尤其涉及一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法及其介导还原六价铬的应用。
技术介绍
[0002]工业排放废水中的铬是环境中的有毒元素之一。铬在水体中以多种氧化态存在，以三价铬和六价铬为主。作为典型的重金属，六价铬因其毒性高、来源广、可致癌受到广泛关注。研究证实，六价铬很容易扩散到水体中，对生物膜具有高度渗透性，并可转化为一系列威胁人类健康的中间体。因此，受六价铬污染的水体必须经过处理，达到国家限定标准之后才能排放。铬的另一种氧化态三价铬被证明比六价铬毒性小，且可以使用石灰或氢氧化钠将其转化为Cr(OH)3沉淀物并从水中轻松去除。因此，将六价铬催化还原为低毒性的三价铬是一种从水体中去除六价铬的有效方法。
[0003]从水体中去除铬的方法包括：物理吸附法、化学或生物修复等。一般来说，物理吸附过程可有效去除六价铬，但吸附剂的选择至关重要，同时吸附剂的再生也是一大问题，吸附剂因不能重复使用使其在实际应用中未能推广；生物修复过程具有操作成本低以及不产生二次污染的优点，但其中机理目前研究不够深入，尚不能大规模进行应用；化学修复过程指的是使用化学品将六价铬进行还原或者固定，常常需要消耗大量二氧化硫、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、氯化亚铁等易造成二次污染的化学药剂，并且传统的化学修复方法受pH值影响较大，对技术要求严格，还有成本高的缺陷，极大地限制了化学修复的应用。
技术实现思路
[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是公开一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法，并将其应用于水体中六价铬污染的化学修复。
[0005]技术方案
[0006]一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0007]a)木质素粉末于惰性气氛中700～900℃热解1～2h，升温速率为5～10℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，烘干后研磨过筛，得50～100目木质素炭粉末；
[0008]b)将木质素炭粉末、无机碱或碳酸盐、去离子水以质量比3～6:1:200混合搅拌均匀，烘干后研磨过筛，得50～100目粉末；
[0009]c)所得粉末于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，升温速率5～10℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，烘干后研磨过筛，得50～100目多孔木质素炭粉末；
[0010]d)将多孔木质素炭粉末、有机氮源和去离子水以质量比1:5～20:500混合搅拌均匀，烘干后研磨过筛，得50～100目粉末；
[0011]e)将上述粉末于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，升温速率5～10℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，再次烘干后研磨过筛，得50～100目多孔氮掺杂木质素炭粉末。
[0012]本专利技术较优公开例中，步骤a)、步骤c)、步骤e)中所述惰性气氛为氮气或氩气。
[0013]本专利技术较优公开例中，步骤b)中所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾，优选氢氧化钾；所述碳酸盐为碳酸钾或碳酸钠，优选碳酸钾。
[0014]本专利技术较优公开例中，步骤d)中所述有机氮源为双氰胺、三聚氰胺、尿素或2
‑
甲基咪唑，优选双氰胺。
[0015]本专利技术较优公开例中，步骤d)中所述多孔木质素炭粉末、有机氮源和去离子水的质量比为1:20:500。
[0016]根据本专利技术所述方法制得的材料，以多孔木质素炭为基底，氮原子掺杂其中的杂原子掺杂生物炭，粒径10～25μm，生物炭表面具有多孔结构。
[0017]本专利技术通过在限氧环境下高温热解木质素原料获得无定型生物炭，并采用钾盐熔融法、湿式浸渍法、热解炭化法实现了生物炭的扩孔和氮原子引入，成功制得了多孔氮掺杂木质素生物炭催化剂。由于木质素含大量苯丙烷基结构，热解过程中发生熔融团聚变形，分子交联成热塑性的无定形碳，在后面的制备步骤中由于氢氧化钾的刻蚀作用形成多孔结构，进一步的富氮有机物浸渍、限氧炭化处理后，获得多孔氮掺杂无定型木质素炭催化材料。氮原子的掺杂不仅改变了多孔炭材料的电子云分布，形成更多活性位点以提高其催化性能，还会降低炭材料的功函数，提高其耐氧化性能。
[0018]本专利技术还有一个目的，在于将所制得的多孔氮掺杂无定型木质素炭作为催化剂，应用于介导有机酸还原废水中的六价铬。
[0019]实验模拟：以本专利技术制得的多孔氮掺杂无定型木质素炭作为催化剂，选用有机酸(单宁酸、甲酸、乙酸、草酸)还原六价铬，结果表明，当六价铬浓度为20mg/L，有机酸浓度5mM，在50mL溶液中投加20mg催化剂，六价铬最快在15min内完全被还原。
[0020]本专利技术所用试剂均为市售。
[0021]本专利技术的特点为：
[0022](1)所制备的催化剂，由于无机碱/盐类的刻蚀作用获得了更大的比表面积，提供了更多的催化活性位点；
[0023](2)本专利技术使用浸渍法成功在杂环体系中用氮原子取代部分碳原子，改变了电子云密度，增强了电荷转移效率，显著提升了催化还原六价铬的能力；
[0024](3)本专利技术使用天然生物质，采用绿色环保型工艺，所制备的催化剂材料具有成本低廉、催化剂效率高、可重用性优良等优点，应用前景广阔。
[0025]有益效果
[0026]本专利技术公开采用绿色环保型工艺，过程可控，操作简便，不会产生二次污染物。通过对天然生物质木质素进行改性，达到高效快速催化还原六价铬的目的。通过实验模拟催化还原废水中六价铬，效果优异，最快可在15min内可以达到20mg/L六价铬的超高去除率(>99％)，为实际应用提供了可参考的理论模型。
附图说明
[0027]图1.实施例9所制得多孔木质素炭的扫描电镜照片(其中，左：倍数5000
×
，右：倍数20000
×
)。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。
[0029]实施例1
[0030]一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法，包括如下步骤：
[0031]a)将木质素粉末置于管式炉中，氩气气氛下在700℃加热1h，升温速率10℃
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‑1，待冷却至室温后研磨过筛获得50～100目粉末，随后用去离子水洗涤至滤液pH为中性，随即烘干，研磨过筛获得100目木质素炭粉末；
[0032]b)将获得的木质素炭粉末、氢氧化钠、去离子水以质量比3：1：200混合搅拌8h，随即烘干，研磨过筛获得100目粉末；
[0033]c)将步骤b)所得粉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔氮掺杂木质素生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a）木质素粉末于惰性气氛中700～900℃热解1～2h，升温速率为5～10 ℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，烘干后研磨过筛，得50～100目木质素炭粉末；b）将木质素炭粉末、无机碱或碳酸盐、去离子水以质量比3～6:1:200混合搅拌均匀，烘干后研磨过筛，得50～100目粉末；c）所得粉末于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，升温速率5～10℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，烘干后研磨过筛，得50～100目多孔木质素炭粉末；d）将多孔木质素炭粉末、有机氮源和去离子水以质量比1:5～20:500混合搅拌均匀，烘干后研磨过筛，得50～100目粉末；e）将上述粉末于惰性气氛中700～900℃热解1.5～3.5h，升温速率5～10℃
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‑1，冷却至室温后研磨过筛，得50～100目粉末，用去离子水洗涤至滤液pH为中性，再次烘干后研磨过筛，得50～100目多孔氮掺杂木质素炭粉末。2.根据权利要求1所述的多孔氮掺杂木质素生物炭的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭小明，李明鑫，戴红玲，杜致远，胡玉瑛，胡锋平，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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