CN114950359A - 一种生物质炭基纳米复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料领域，具体涉及一种生物质炭基纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明所述生物质炭基纳米复合材料以吸附重金属后的废弃生物质炭为原料，其含有高浓度的重金属离子，在对其进行热解后不仅能够有效防止重金属离子的二次释放，而且能够有效的提高生物炭的电化学性能，在化学修饰电极、电池、超级电容器等领域具有重要的应用前景。所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法无需额外添加其它药品，避免造成二次污染，是一种绿色、成本低廉的方法。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种生物质炭基纳米复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
吸附法是目前公认的解决水体重金属离子污染问题的最有效方法之一。然而，吸附重金属后的吸附剂具有高浓度的重金属，一般属于危险废物，合理的处理和处置这些有毒有害的废吸附剂是制约吸附法可持续发展的主要瓶颈问题之一。
然而目前针对处理重金属之后的废吸附剂的处理研究较少，一般采用强无机酸或EDTA溶液解吸重金属和热处理的方法，浸提法需要大量的化学试剂，浸出溶液的排放或浸出的生物质会增加成本并造成二次污染。热处理法会产生大量持久性有机污染物和细小颗粒物，影响大气环境。
目前需要一种绿色、资源化的方式处理废生物质吸附剂，这对实现生物质吸附剂可持续发展具有重要的意义。
发明内容
为解决以上所述问题，本发明提供一种生物质炭基纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明所述生物质炭基纳米复合材料具有良好的电学性能，本发明为吸附重金属离子后的废弃生物质炭的再利用提供了一种新的途径。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明第一方面提供一种生物质炭基纳米复合材料，其原料包括生物质炭和重金属离子；所述重金属离子的用量小于等于生物质炭的最大吸附量。
进一步地，所述原料为吸附重金属离子后的废弃生物质炭。
进一步地，所述生物质炭包括但不仅限于菌根生物质炭和苦瓜藤生物质炭。
本发明第二方面提供以上第一方面所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：收集吸附重金属离子后的生物质炭，在400-700℃温度条件下热解1-5h，冷却后研磨、过筛即得。
进一步地，过80-100目筛。
本发明第三方面提供以上第一方面所述生物质炭基纳米复合材料在制备电极修饰材料、电池、超级电容器中的应用中的应用。
本发明第四方面提供以上第一方面所述生物质炭基纳米复合材料在制备生物小分子电化学反应所用催化剂中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明所述纳米材料以吸附重金属后的废弃生物质炭为原料，其含有高浓度的重金属离子，在对其进行热解后不仅能够有效防止重金属离子的二次释放，而且能够有效的提高生物质炭的电化学性能，在化学修饰电极、电池、超级电容器等领域具有重要的应用前景。本发明所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法无需额外添加其它药品，避免造成二次污染，是一种绿色、成本低廉的方法。
本发明所述生物质炭纳米复合材料对某些生物小分子有较好的电催化作用，可有效降低其在电极表面的氧化电位，提高检测灵敏度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1NADH在不同的工作电极上的循环伏安曲线；
其中，A所用电极为裸玻碳电极、B所用电极为金针菇菌根生物质炭修饰的玻碳电极、C所用电极为碳纳米管修饰的玻碳电极、D所用电极为实施例1所述纳米材料修饰后的玻碳电极、D为实施例2所述纳米材料修饰后的玻碳电极；
图2实施例1所述纳米材料修饰后的玻碳电极对不同浓度NADH的电化学响应的时间-电流曲线(A)；NADH浓度与电流变化值的关系曲线(B)；
图3实施例2所述纳米材料修饰后的玻碳电极对不同浓度NADH的电化学响应的时间-电流曲线(A)；NADH浓度与电流变化值的关系曲线(B)；
图4实施例3所述纳米材料修饰后的玻碳电极对不同浓度NADH的电化学响应的时间-电流曲线(A)；NADH浓度与电流变化值的关系曲线(B)；
图5实施例3所述纳米材料修饰后的玻碳电极对不同浓度NADH的DPV曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”、“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作以及它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附铜离子后的废弃金针菇菌根生物质炭。所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附铜离子后的废弃金针菇菌根生物质炭，进行预处理后，于400℃温度条件下热解3h后，室温冷却后研磨，过100目筛，即得。
实施例2
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭。
所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭，进行预处理后，于400℃温度条件下热解3h后，室温冷却后研磨，过100目筛，即得。
实施例3
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附铁离子后的废弃苦瓜藤生物质炭。
所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附铁离子后的废弃苦瓜藤生物质炭，进行预处理后，于400℃温度条件下热解3h后，室温冷却后研磨，过100目筛，即得。
实施例4
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附亚铁离子后的废弃苦瓜藤生物质炭。
所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附重金属离子后的废弃苦瓜藤生物质炭，进行预处理后，于400℃温度条件下热解3h后，室温冷却后研磨，过100目筛，即得。
实施例5
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭。
所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭，进行预处理后，于700℃温度条件下热解1h后，室温冷却后研磨，过100目筛，即得。
实施例6
一种生物质炭基纳米复合材料，所用原料为充分吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭。
所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：收集吸附铁离子后的废弃金针菇菌根生物质炭，进行预处理后，于400℃温度条件下热解5h后，室温冷却后研磨，过80目筛，即得。
取玻碳电极在打磨纸上放少许三氧化二铝粉末，加入水，尽量多一点，然后将电极以圆形画圈方式打磨2到3min，之后用蒸馏水冲洗，再之后用烧杯装入一定的水，将电极放入其中，在超声波机器中超声清洗5min，再换乙醇，超声清洗2min，放置待用。将实施例1-3所得生物质炭基纳米复合材料以、金针菇菌根生物质炭及碳纳米管(MWCNTs)分别分散于水中超声分散1h后，分别取10μL分散好的悬浊液滴涂于清洗干净的玻碳电极表面，自然晾干或红外灯下晾干，得到所述的修饰电极。
以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态(NADH)为检测对象，验证材料的性质。将以上修饰后的电极以及裸玻碳电极分别置于盛有缓冲溶液的测量池中，采用循环伏安法测定缓冲溶液的电化学信号，然后再向测量池中加入已知浓度的NADH，循环伏安法测定其电化学信号，如图1所示。采用电流-时间曲线法测定缓冲溶液的电化学信号，然后再向测量池中加入已知浓度的NADH，得到其I-t曲线，根据加入NADH后的电流大小和NADH浓度绘制标准曲线，如图2-图4所示；采用脉冲循环伏安法(DPV)测定缓冲溶液的电化学信号，然后再向测量池中加入已知浓度的NADH，得到其电流-电压曲线，根据加入NADH后的峰电流大小和NADH浓度绘制标准曲线，如图5所示。
由以上结构可知，本发明实施例所述生物质炭基纳米复合材料对NADH的电催化性质优于碳纳米管。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种生物质炭基纳米复合材料，其特征在于，其原料包括生物质炭和重金属离子；所述重金属离子的用量小于等于生物质炭的最大吸附量。
2.根据权利要求1所述生物质炭基纳米复合材料，其特征在于，所述原料为吸附重金属离子后的废弃生物质炭。
3.根据权利要求1或2所述生物质炭基纳米复合材料，其特征在于，所述生物质炭包括菌根生物质炭和苦瓜藤生物质炭。
4.权利要求1-3任一项所述生物质炭基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：收集吸附重金属离子后的生物质炭，在400-700℃温度条件下热解1-5h，冷却后研磨、过筛即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，过80-100目筛。
6.权利要求1-3任一项所述生物质炭基纳米复合材料在制备电极修饰材料、电池、超级电容器中的应用。
7.权利要求1-3任一项所述生物质炭基纳米复合材料在制备生物小分子电化学反应所用催化剂中的应用。
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