【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及生物质的高值化转化与应用，具体涉及一种含硅球形木质素多孔炭及其制备方法与应用。
技术介绍
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技术介绍
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1、木质素是一种含量十分丰富的天然可再生生物质资源，在植物体中含量仅次于纤维素，其分子结构具有三维网状特性、富含大量芳香基团和含氧官能团、碳含量在60％以上。因其具有可再生、来源广泛、廉价易得、碳含量高等优点，是制备多孔炭的良好选择。木质素多孔炭的物化性质稳定，具有高比表面积与优良的孔隙率，在吸附、催化载体、储能材料等领域都具有广阔的应用前景。
2、与粉末状活性炭和颗粒状活性炭相比，球形活性炭因具有装填密度高、机械强度高、孔径分布更易控制、流动性好等一系列优良性能，受到研究者的广泛关注。
3、利用木质素制备球形多孔碳材料的工艺主要包括：木质素成球、碳化及活化过程。具体地，将木质素溶解在适当的溶剂中(例如水、醇类或其他有机溶剂)，通过喷雾干燥、溶胶-凝胶法、乳液聚合或模板法等技术制备出球形的木质素颗粒。球形木质素颗粒再经过高温碳化及活化过程，制备出具有丰富孔隙结构的球形木质素多孔碳。其中，尺寸均一、结构稳定的球形木质素的制备是关键。
4、已经报道的球形木质素的制备方法主要有：溶液喷雾干燥法、模板法以及直接成球法、溶胶-凝胶法等。其中，溶液喷雾干燥法的球形木质素的尺寸较均匀，但对溶剂的选择和回收要求严格且能耗较高；模板法的球形木质素具有很好的均一性和规整性、孔径分布可控，但是模板的移除常常会影响球形粒子的完整性且制备过程复杂。直接成球法工艺简单，但球形颗粒的均匀性和
5、由于纯的球形木质素直接碳化时，其结构在一定温度下会软化而塌陷或收缩/团聚，木质素球粒因此而变形或被破坏。为此可利用具有较好基材强度和机械应力的纳米sio2为硬模板剂，支撑木质素碳骨架，可防止其缩聚和塌陷(专利cn108751160a)，但最后需要使用大量碱或氢氟酸去除二氧化硅模板，且得到的木质素多孔碳为蜂窝状结构。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、为了克服现有技术的不足，本专利技术以碱木质素和硅酸钠为原料，利用其能通过酸解沉淀析出木质素和sio2的特性，采用葡聚糖或木聚糖等水溶性生物多糖作为隔离剂阻滞酸化反应沉淀析出过程中的木质素聚结，制备出稳定、均一的含硅球形木质素；然后此球形木质素在碳化过程中，利用原位生成的二氧化硅作为模板剂维护其结构稳定性；最后经过活化制备出具有高比表面积和高吸附能力的含硅球形木质素多孔炭。该含硅球形木质素多孔炭的制备方法简单，适合工业化生产；且所制备的球形多孔炭对抗生素等具有较强的吸附能力。
2、本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
3、本专利技术的第一个目的是提供一种含硅球形木质素多孔炭的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、步骤s1、将碱木质素、硅酸钠(na2sio3)和隔离剂溶于碱液中，搅拌混匀然后用酸和/或酸性气体调节溶液ph至酸性，酸解反应结束后抽滤，水洗，干燥，得到含硅木质素微球；
5、步骤s2、对步骤s1制备的含硅木质素微球依次进行碳化和碱活化，冷却后酸洗，水洗，干燥，得到含硅球形木质素多孔炭。
6、本专利技术中，所述碱木质素选自竹浆碱木质素、木浆碱木质素、秸秆浆碱木质素中的至少一种或制浆过程产生的含碱木质素黑液。
7、本专利技术中，所述隔离剂为水溶性生物多糖，选自可溶性纤维素、可溶性淀粉、低聚异麦芽糖、果聚糖、木聚糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、壳聚糖、右旋糖苷等水溶性生物多糖中的至少一种。
8、本专利技术中，所述硅酸钠的用量为碱木质素质量的0.5～50％；所述隔离剂的用量为碱木质素质量的0～20％。
9、本专利技术中，所述调节溶液ph至酸性分为三个阶段，第一阶段将ph调至7～9，第二阶段将ph缓慢调至4～5.5，第三阶段将ph调至1～4。
10、本专利技术中，所述酸为本领域常用的无机酸和/或有机酸。
11、本专利技术中，所述酸性气体为氯化氢、二氧化硫、三氧化硫。
12、优选地，所述第二阶段采用酸性气体或可加热气化的有机小分子酸(如甲酸、醋酸、丙酸等)进行缓慢酸化。
13、本专利技术中，所述酸解反应的温度为常温～145℃，优选为30～121℃；所述酸解反应的时间为0.5～4h。
14、本专利技术中，所述碳化的温度为400～1100℃，优选为500～700℃；升温速度不超过15℃/min，优选为不超过10℃/min。
15、本专利技术中，所述碱活化以氢氧化钾(koh)、氢氧化钠(naoh)、碳酸钾(k2co3)等碱性物质为活化剂，碳碱比为1:(1～4)，温度为700～1000℃，升温速度为1～10℃/min。通过碱活化对碳化木质素微球进行造孔，丰富孔隙结构。
16、本专利技术中，所述酸洗为用盐酸、硫酸或醋酸洗涤。目的是去除活性炭中的杂质，提高活性炭的孔隙率。
17、本专利技术的第二个目的是提供一种通过上述的制备方法制备得到的含硅球形木质素多孔炭。
18、本专利技术的第三个目的是提供上述的含硅球形木质素多孔炭作为吸附剂在废水处理中的应用。
19、优选地，所述废水包括抗生素废水、医疗废水、印染废水、重金属离子废水等工业废水。
20、本专利技术制备的含硅球形木质素多孔炭的形状规整，具有较大的比表面积(1715.8～2432.5m2/g)，含有0.5～27.5％的sio2，其在废水处理领域中吸附性能优异(吸附量：环丙沙星719.6mg/g，磺胺嘧啶702.4mg/g，四环素508.1mg/g，肌酐313.6mg/g)，具有良好的普适性和再生性。
21、本专利技术的有益效果：
22、(1)本专利技术利用原位一步法制备含硅木质素微球，再经过碳化/活化，制备出含硅球形木质素多孔炭，工艺简单、流程短，无需特殊设备，操作简便，产品质量稳定，且所用原料价格低廉，工业化生产前景乐观。
23、(2)针对结构复杂的碱木质素在酸化反应沉淀过程易于聚集凝结以及木质素微球在碳化过程中易发生塌陷和粘结等难题，本专利技术先利用葡聚糖或木聚糖等水溶性生物多糖作隔离剂阻滞酸沉过程中的木质素聚结，然后采用三段式调节ph的酸化反应控制方法，其中第二阶段优选通过通入酸性气体或可加热气化的有机小分子酸调节溶液ph，得到粒径分布均一、形貌规整的木质素微球；并通过硅酸钠的加入量控制木质素微球中sio2的含量，在稳定木质素球形结构的同时大幅度提升了含硅球形木质素多孔炭吸附抗生素的能力。
24、(3)本专利技术所利用木质素、葡聚糖或木聚糖等水溶性生物多糖均为可再生的生物质材料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含硅球形木质素多孔炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱木质素选自竹浆碱木质素、木浆碱木质素、秸秆浆碱木质素中的至少一种或制浆过程产生的含碱木质素黑液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述隔离剂为水溶性生物多糖，选自可溶性纤维素、可溶性淀粉、低聚异麦芽糖、果聚糖、木聚糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、壳聚糖、右旋糖苷中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述硅酸钠的用量为碱木质素质量的0.5～50％；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述调节溶液pH至酸性分为三个阶段，第一阶段将pH调至7～9，第二阶段将pH缓慢调至4～5.5，第三阶段将pH调至1～4；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述酸解反应的温度为常温～145℃，优选为30～121℃；所述酸解反应的时间为0.5～4h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳化的温度为400～1100℃，优选为500～
8.通过权利要求1-7任意一项所述的制备方法制备得到的含硅球形木质素多孔炭。
9.权利要求8所述的含硅球形木质素多孔炭作为吸附剂在废水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述废水包括抗生素废水、医疗废水、印染废水、重金属离子废水。
...【技术特征摘要】
1.一种含硅球形木质素多孔炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱木质素选自竹浆碱木质素、木浆碱木质素、秸秆浆碱木质素中的至少一种或制浆过程产生的含碱木质素黑液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述隔离剂为水溶性生物多糖，选自可溶性纤维素、可溶性淀粉、低聚异麦芽糖、果聚糖、木聚糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、壳聚糖、右旋糖苷中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述硅酸钠的用量为碱木质素质量的0.5～50％；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述调节溶液ph至酸性分为三个阶段，第一阶段将ph调至7～9，第二阶...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚日生，李双凤，王晓凡，李凤和，王淮，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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