【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物炭材料，具体涉及一种生物炭材料、一种提高生物炭材料n/o、s/o比和介孔比的方法、生物炭材料在吸附四环素中的应用。
技术介绍
1、抗生素因其独特的抑菌和杀菌作用而被广泛用于人类和动物。然而，由于生物本身对抗生素的吸收不足，大部分抗生素以代谢物甚至原始状态释放到生态系统中。水生环境和土壤中的大量抗生素会滋生生物的抗药性基因，对海洋生物和人类造成永久性损害。在刚结束的covid-19危机中，全世界每天有数以万万计的患者服用数千万吨的抗生素，因此发现新的方法或材料，以环保和经济可行的方式高效处理抗生素废水，是一个有挑战性的科学任务。
2、四环素因其低廉的成本和出色的抗菌活性，成为最常用的抗生素类别之一，目前在医疗废物、城市垃圾、地下水和地表水等各种环境中都能检测到四环素。而盐酸四环素是四环素类抗生素中具有代表性的一种抗生素。迄今为止，研究人员已经开发了堆肥、臭氧、吸附、光降解和生物降解等技术来去除各种环境中的盐酸四环素。与其他方法相比，吸附法因其诸如吸附剂来源广泛、操作要求低、吸附效率高等优势被认为是最有潜力批量处理盐酸四环素废水的方法之一。当前已经开发的吸附剂包括炭基材料、金属氧化物、天然矿物、金属有机框架、树脂以及有机/无机复合材料。炭基材料因其具有大的比表面积和超高热/机械稳定性而被常用做吸附剂。现有的炭基材料通常具有较高的微孔占比，不能很好的吸附抗生素分子，导致材料吸附能力较差，而且通常合成方法复杂，成本较高。
技术实现思路
1、为解决上述全部或部分
2、本专利技术的目的之一在于提供一种提高生物炭材料n/o、s/o比和介孔比的方法，包括：
3、对生物质材料进行预碳化处理，得到预碳化生物炭；
4、将含有所述预碳化生物炭、氮硫改性剂和强碱性活化剂的均匀混合物进行活化/炭化处理，得到生物炭材料；其中，所述均匀混合物中，预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂的质量比为1：0～1.5：3，且氮硫改性剂用量不为0。
5、专利技术人发现，氮硫改性剂在低温热解时逸出的多种气体对生物炭材料的孔道具有活化作用。本专利技术提供的制备方法中，在对均匀混合物进行活化/碳化处理过程中，氮硫改性剂首先分解产生的一系列气体，对生物炭进行初步活化产生微孔(＜1nm)，同时氮硫改性剂也作为氮硫的掺杂源，随后，随着温度的进一步升高，强碱性活化剂(例如氢氧化钾)对生物炭进行二次活化，促使氮硫改性剂活化产生的微孔(＜1nm)向更大的微孔(＞1nm)甚至介孔转变，从而在保证总比表面积几乎不变的情况下，实现调控微介孔的目的。即，本专利技术技术方案中的氮硫改性剂，同时作为硫、氮原子掺杂剂、活化剂和孔调节剂。专利技术人进一步发现，当预碳化生物炭、氮硫改性剂、活化剂的质量比在上述范围内时，能够获得介孔占比较大的生物炭材料，展现了更为良好的吸附作用；若氮硫改性剂含量过高，对生物炭框架的过度活化致使孔道塌陷，也会导致介孔比下降。
6、在部分实施例中，所述预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂的质量比为1∶1～1.5∶3。
7、在部分实施例中，所述预碳化处理包括：使所述生物质材料分散在水中，在150～220℃的温度条件下加热18～30h。
8、在部分实施例中，所述方法具体包括：将所述质量比的预碳化生物炭、氮硫改性剂和强碱性活化剂均匀分散于水中，得到所述均匀混合物，并于80～100℃的温度条件下进行干燥，然后再进行所述的活化/炭化处理。
9、在部分实施例中，所述活化/炭化处理包括：在保护气氛条件下，使所述均匀混合物从室温升温至750～950℃，升温速率为2～15℃/min，保温时间为2～5h。在所述的活化/碳化处理过程中，氮硫改性剂先分解产生气体，这些气体对所述的预碳化生物炭进行初步活化以产生微孔，随着温度的升高，所述的强碱性活化剂对生物炭进行二次活化，以使初步活化产生的微孔孔径增大或者转变为介孔，从而提高介孔比。
10、在部分实施例中，所述活化/炭化处理完成后，使获得的产物在80～100℃的温度条件下干燥8～12h，然后用200目以下的筛网过筛，得到所述生物炭材料。
11、在部分实施例中，所述生物质材料包括纤维素、壳聚糖、甲壳素中的一种或者多种。
12、在部分实施例中，所述氮硫改性剂包括磺胺、硫代乙酰胺、硫脲中的一种或多种。
13、在部分实施例中，所述强碱性活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或者多种。
14、本专利技术的目的之二在于提供根据上述任一项所述的制备方法得到的生物炭材料。
15、在部分实施例中，所述生物炭材料中的介孔体积占总孔体积的0.48以上，优选为0.68以上，更优选为0.71以上。
16、在部分实施例中，所述生物炭材料的比表面积为2639m2/g以上。
17、在部分实施例中，所述生物炭材料中硫元素的掺杂量为0.16％～0.96％。
18、在部分实施例中，所述生物炭材料的n/o比为0.09～0.25。所述n/o比为元素比，例如根据xps表征分析得到。
19、在部分实施例中，所述生物炭材料的s/o比为0.01～0.09。所述s/o比为元素比，例如根据xps表征分析得到。
20、本专利技术的目的之三在于提供上述任一项所述生物炭材料在吸附四环素中的应用。
21、在部分实施例中，所述四环素包括盐酸四环素。
22、在部分实施例中，所述应用包括：使所述生物炭材料与含有盐酸四环素的废水充分混合以进行吸附反应。
23、在部分实施例中，所述废水中盐酸四环素的初始浓度例如为500mg/l。
24、在部分实施例中，所述生物炭材料对盐酸四环素的吸附在60min以内达到平衡。
25、在部分实施例中，所述生物炭材料在3h以内对盐酸四环素的吸附量达到1480.1mg/g以上。
26、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
27、(1)本专利技术提供的制备方法中，在对均匀混合物进行活化/炭化处理过程中，氮硫改性剂首先热分解产生多种气体，这些对生物炭进行初步活化产生微孔(例如＜1nm)，同时氮硫改性剂也作为掺杂源提供氮硫元素，随着温度的进一步升高，其他活化剂(例如氢氧化钾)对生物炭进行二次活化，促使初步活化产生的微孔(＜1nm)向更大的微孔(＞1nm)甚至介孔转变，从而在保证总比表面积几乎不变的情况下，实现调控微介孔的目的；当预碳化生物炭、氮硫改性剂、活化剂的质量比在合适的范围内时，能够获得介孔占比较大的生物炭材料，展现了更为良好的吸附作用；
28、(2)本专利技术提供的氮硫共掺杂的生物炭材料对盐酸四环素的吸附可以在60min内达到吸附平衡，在3h内对盐酸四环素的吸附量达到1480.1mg/g，相较于未使用氮硫改性剂活化的氮掺杂生物炭材料吸附剂(对盐酸四环素的吸附量仅为777.8mg/g)和现成的商业活性炭材料吸附剂(对盐酸四环素的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高生物炭材料N/O、S/O比和介孔比的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂的质量比为1∶1～1.5∶3；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预碳化处理包括：使所述生物质材料分散在水中，在150～220℃的温度条件下加热18～30h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：将所述质量比的预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂均匀分散于水中，得到所述均匀混合物，并于80～100℃的温度条件下进行干燥，然后再进行所述的活化/炭化处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化/炭化处理包括：在保护气氛条件下，使所述均匀混合物从室温升温至750～950℃，升温速率为2～15℃/min，保温时间为2～5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化/炭化处理完成后，使获得的产物在80～100℃的温度条件下干燥8～12h，然后用200目以下的筛网过筛，得到所述的氮硫共掺杂的生物炭材料。
7.根
8.根据权利要求7所述的生物炭材料，其特征在于：所述生物炭材料中的介孔体积占总孔体积的0.48以上；和/或，所述生物炭材料的比表面积为2639m2/g以上；和/或，所述生物炭材料中硫元素的掺杂量为0.16％～0.96％；和/或，所述生物炭材料的N/O比为0.09～0.25；和/或，所述生物炭材料的S/O比为0.01～0.09。
9.权利要求7或8所述的生物炭材料在吸附四环素中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述生物炭材料对盐酸四环素的吸附在60min以内达到平衡，在3h以内对盐酸四环素的吸附量达到1480.1mg/g以上。
...【技术特征摘要】
1.一种提高生物炭材料n/o、s/o比和介孔比的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂的质量比为1∶1～1.5∶3；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预碳化处理包括：使所述生物质材料分散在水中，在150～220℃的温度条件下加热18～30h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：将所述质量比的预碳化生物炭、氮硫改性剂、强碱性活化剂均匀分散于水中，得到所述均匀混合物，并于80～100℃的温度条件下进行干燥，然后再进行所述的活化/炭化处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化/炭化处理包括：在保护气氛条件下，使所述均匀混合物从室温升温至750～950℃，升温速率为2～15℃/min，保温时间为2～5h。
6.根据权利要求1所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，马雪冬，邓洁，冯孝云，李伟奇，强文军，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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