CN115010131A - 一种生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents
一种生物炭及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115010131A CN115010131A CN202210086225.8A CN202210086225A CN115010131A CN 115010131 A CN115010131 A CN 115010131A CN 202210086225 A CN202210086225 A CN 202210086225A CN 115010131 A CN115010131 A CN 115010131A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biochar
- biomass
- preparation
- water
- intermediate product
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 claims description 20
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 claims description 20
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 claims description 20
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 claims description 3
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims description 3
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 claims description 3
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 3
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 3
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 2
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 13
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 24
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 16
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 5
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 4
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 1
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical class [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000002149 hierarchical pore Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
- C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
- C01B32/324—Preparation characterised by the starting materials from waste materials, e.g. tyres or spent sulfite pulp liquor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明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，本发明所述的制备方法简单易行，成本较低。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
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。
发明内容
本发明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。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明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。
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。
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。
优选的，所述粉末的粒径为20～100目。
优选的，所述生物质和水的质量比为1：(4～16)。
优选的，所述水热反应的温度为160～300℃，时间为8～44h。
优选的，所述焙烧在保护气氛中进行。
优选的，所述焙烧的温度为200～900℃，时间为1～8h。
本发明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％；
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。
本发明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。
本发明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。本发明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，本发明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，本发明所述的制备方法简单易行，成本较低。
附图说明
图1为实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700对苯的吸附曲线；
图2为实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700对苯酚的吸附曲线；
图3为实施例3所述的HBC-210/800和商业碳负载铜后对CS2的催化水解曲线；
图4为实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700的氮气等温吸附曲线。
具体实施方式
本发明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。
在本发明中，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。
本发明将生物质和水混合，得到生物质分散液。
在本发明中，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，本发明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。在本发明中，所述水优选为去离子水。
在本发明中，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。
在本发明中，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，得到所述生物质。
进行研磨前，本发明还优选包括依次进行的清洗和干燥，本发明对所述清洗的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程利用去离子水将所述生物质表面的杂质清洗干净即可。本发明对所述干燥的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程达到恒重即可。在本发明的实施例中，所述干燥的温度具体为100℃，时间具体为24h。
本发明对所述研磨的过程也没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程使所述生物质原料破碎至20～100目的粒径范围即可。在本发明中，所述粉末的粒径更优选为40～60目，最优选为50目。
在本发明中，所述浸渍的过程中水与粉末的质量比优选为(4～16)：1，更优选为(8～12)：1。
在本发明中，所述浸渍优选在搅拌的条件下进行；本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的具体实施例中，所述搅拌的转速具体为500rpm，温度具体为室温，时间具体为2h。
在本发明中，所述浸渍的作用是使漂浮的生物质得到沉降，以保证生物质本身的密度相同。
所述浸渍完成后，本发明还优选包括依次进行的过滤和干燥；本发明对所述过滤和干燥的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述生物质和水的质量比优选为1：(4～16)，更优选为1：(5～13)，最优选为1：(8～10)。
在本发明中，所述生物质和水的混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并能够使生物质均匀分散在水中即可。
在本发明中，所述水热反应的温度优选为160～300℃，更优选为210～260℃，最优选为230℃；时间优选为8～44h，更优选为20～26h，最优选为24h。
在本发明中，所述水热反应优选在聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中进行。
所述水热反应完成后，本发明还优选包括依次进行的冷却、过滤、洗涤和干燥；本发明对所述冷却和过滤的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述洗涤优选为依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤，本发明对所述洗涤的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程洗至水洗或无水乙醇得到的滤液为无色即可。在本发明中，所述干燥优选为100℃过夜干燥。
得到中间产物后，本发明将所述中间产物进行焙烧，得到所述生物炭。
在本发明中，所述焙烧优选在保护气氛中进行，所述保护气氛优选为氮气气氛。在本发明中，所述焙烧的温度优选为200～900℃，更优选为600～800℃，最优选为700℃；时间优选为1～8h，更优选为2～5h。在本发明中，升温至所述焙烧的温度的升温速率优选为5℃/min。在本发明中，将所述升温速率控制在上述范围内的作用是保证生物炭的微孔成型。
在本发明中，在所述焙烧过程中，生物质的纤维素框架会进一步坍塌，形成稳定的规则有序的网络状多孔结构。
本发明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％；
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。
在本发明中，所述生物炭的粒径优选为40～60目，更优选为50目。
本发明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。
在本发明中，所述气相净化优选为在气相对苯和/或萘气的吸附；所述液相净化优选为在液相中对有机污染物的吸附。
在本发明中，在所述气相中的吸附过程优选为：将上述技术方案所述生物炭置于固定床中，将盛有所述生物炭的固定床置于含有苯和/或萘气的尾气中进行吸附(包括物理吸附，也包括化学吸附)。所述生物炭的粒径优选为40～60目。本发明对所述固定床没有特殊的限定，采用本领域熟知的固定床即可。本发明对所述尾气中苯和萘气的浓度没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的任意浓度均可。
在本发明的具体实施例中，所述尾气中苯的浓度为1000ppm。所述反应的温度优选为50～80℃，最优选为80℃。本发明优选以N2为平衡气氛。
在本发明中，在所述液相中的吸附过程优选为：将上述技术方案所述的生物炭加入含有有机污染物的溶液中进行震荡。在本发明中，所述有机污染物优选为苯酚；本发明对所述含有有机污染物的溶液的浓度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浓度进行即可。
在本发明的具体实施例中，所述有机污染物为苯酚，苯酚溶液的浓度为1mg/mL；所述震荡的温度优选为50～80℃，更优选为80℃；所述震荡的速率优选为180r/min。
在本发明中，所述催化领域优选为将所述生物炭直接作为催化剂或作为催化活性组分的载体。
下面结合实施例对本发明提供的生物炭及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用去离子水将黄竹洗净后，100℃干燥24h，研磨破碎至40～60目，得到黄竹粉；
将5g黄竹粉和65mL去离子水混合，室温搅拌2h后，所述搅拌的转速为500rpm，依次进行过滤和干燥，将得到的预处理后的黄竹粉5g和65mL去离子水在搅拌的条件下混合均匀后，转入聚四氟内衬的高温反应釜中，230℃反应24h，冷却至室温，后，过滤，将得到的固体先用去离子水洗至滤液为无色后，继续用无水乙醇洗至滤液为无色；100℃过夜干燥，得到中间产物(记为HBC-230)；
在氮气气氛中，将所述中间产物以5℃/min的升温速率升温至700℃，保温2h进行焙烧，得到所述生物炭(记为HBC-230/700，粒径为40～60目，具有规则有序的孔道结构，孔道结构的平均孔径为0.4nm)。
实施例2
采用去离子水将黄竹洗净后，100℃干燥24h，研磨破碎至40～60目，得到黄竹粉；
将5g黄竹粉和65mL去离子水混合，室温搅拌2h后，所述搅拌的转速为500rpm，依次进行过滤和干燥，将得到的预处理后的黄竹粉5g和65mL去离子水在搅拌的条件下混合均匀后，转入聚四氟内衬的高温反应釜中，260℃反应24h，冷却至室温，后，过滤，将得到的固体先用去离子水洗至滤液为无色后，继续用无水乙醇洗至滤液为无色；100℃过夜干燥，得到中间产物(记为HBC-260)；
在氮气气氛中，将所述中间产物以5℃/min的升温速率升温至600℃，保温2h进行焙烧，得到所述生物炭(记为HBC-260/600，粒径为40～60目，具有规则有序的孔道结构，孔道结构的平均孔径为0.4nm)。
实施例3
采用去离子水将黄竹洗净后，100℃干燥24h，研磨破碎至40～60目，得到黄竹粉；
将5g黄竹粉和65mL去离子水混合，室温搅拌2h后，所述搅拌的转速为500rpm，依次进行过滤和干燥，将得到的预处理后的黄竹粉5g和65mL去离子水在搅拌的条件下混合均匀后，转入聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，210℃反应24h，冷却至室温后，过滤，将得到的固体先用去离子水洗至滤液为无色后，继续用无水乙醇洗至滤液为无色；100℃过夜干燥，得到中间产物(记为HBC-210)；
在氮气气氛中，将所述中间产物以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温2h进行焙烧，得到所述生物炭(记为HBC-210/800，粒径为40～60目，具有规则有序的孔道结构，孔道结构的平均孔径为0.4nm)。
对比例1
采用去离子水将黄竹洗净后，100℃干燥24h，研磨破碎至40～60目，得到黄竹粉；
在氮气气氛中，将所述黄竹粉以5℃/min的升温速率升温至700℃，保温2h进行焙烧，得到生物炭(记为BC-700)。
测试例1
将实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700置于固定床中，将盛有所述生物炭的固定床置于含有苯的尾气(尾气中苯的浓度为1000ppm)中在80℃的环境中进行吸附，平衡气N2；测试结果如图1所示，由图1可知，本发明所述的制备方法制备得到的生物炭对气相污染物的吸附效果优于高温裂解碳化制备得到的生物炭对气相污染物的吸附效果；
将实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700加入含有苯酚的溶液(苯酚的浓度为1mg/mL)中进行震荡，所述震荡的温度为80℃，速率为180r/min；测试结果如图2所示，由图2可知，本发明所述的制备方法制备得到的生物炭对液相中的有机污染物的吸附效果优于高温裂解碳化制备得到的生物炭对液相中的有机污染物的吸附效果；
将实施例1所述的HBC-230、HBC-230/700和对比例1所述的BC-700进行氮气等温吸附测试，测试结果如图4所示，由图4可知，HBC-230/700与HBC-230和BC-700相比，所述HBC-230/700既有微孔亦有中孔，形成了等级孔，这样的生物炭作为催化剂可提高气体分子的传质速率，使得生物炭的催化吸附效率得到提升。
测试例2
负载铜的过程为：以实施例3所述生物炭作为载体，进行5％Cu负载：准确称取生物炭2g与饱和硝酸铜溶液混合，使得Cu的质量为生物炭质量的5％。将此悬浮液在室温下搅拌2小时，然后在80℃下进行旋蒸去除多余水分后在100℃下进行干燥，后在氮气氛围下进行焙烧2小时后得到催化剂，记为HBC-210/800-5％Cu；
催化水解CS2的过程为：CS2的催化水解在固定床玻璃管反应器中进行，将所述HBC-210/800-5％Cu和商用活性炭(活性炭D-102,购自河南德美化工有限公司)分别装填在固定床玻璃管反应器中，两段用石英棉堵紧固定住。CS2浓度为1000ppm，N2为平衡气，反应温度为80℃。水蒸气由水饱和器带入固定床反应器，水饱和器的温度(50℃)用循环水浴锅控制，控温精度在1℃。
测试结果如图3所示，由图3可知，本发明所述的制备方法制备得到的生物炭负载铜制备得到的催化剂催化水解CS2，可催化时间长达10个小时，比商用活性炭负载铜制备得到的催化剂的催化效果更优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
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：(4～16)。
6.如权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～300℃，时间为8～44h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧在保护气氛中进行。
8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为200～900℃，时间为1～8h。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的生物炭，其特征在于，所述生物炭的含氧官能团的质量含量为25～30％；
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。
10.权利要求9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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210086225.8A CN115010131A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种生物炭及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210086225.8A CN115010131A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种生物炭及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115010131A true CN115010131A (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=83067699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210086225.8A Pending CN115010131A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种生物炭及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115010131A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115991465A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-21 | 昆明理工大学 | 一种应用于钠离子电池的硬碳材料及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112108138A (zh) * | 2019-06-21 | 2020-12-22 | 华南农业大学 | 一种生物质水热碳载体催化剂及其制备方法与应用 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210086225.8A patent/CN115010131A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112108138A (zh) * | 2019-06-21 | 2020-12-22 | 华南农业大学 | 一种生物质水热碳载体催化剂及其制备方法与应用 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115991465A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-21 | 昆明理工大学 | 一种应用于钠离子电池的硬碳材料及其制备方法 |
| CN115991465B (zh) * | 2022-11-22 | 2023-09-26 | 昆明理工大学 | 一种应用于钠离子电池的硬碳材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nor et al. | Synthesis of activated carbon from lignocellulosic biomass and its applications in air pollution control—a review | |
| CN110064367B (zh) | 一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用 | |
| CN110627065B (zh) | 一种基于黄麻的含氮多孔碳的制备方法及其应用 | |
| CN115043479B (zh) | 一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN108128773B (zh) | 一种利用花生壳制备电化学电容器用电极碳材料的方法 | |
| CN111205469B (zh) | 一种超微孔锆基金属有机骨架材料及其制备方法和应用 | |
| CN109384750B (zh) | 一种催化加氢5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法 | |
| CN115475604B (zh) | 一种基于软木活性炭及氨基碳量子点的复合多功能吸附剂制造方法 | |
| CN113145069A (zh) | 一种多功能染料吸附用多孔生物炭的制备方法 | |
| CN115010131A (zh) | 一种生物炭及其制备方法和应用 | |
| KR101140990B1 (ko) | 하수슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법 | |
| CN112195036B (zh) | 一种利用海藻炭提质生物油制备生物柴油的方法 | |
| CN110639488A (zh) | 生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用 | |
| CN109847753B (zh) | 一种多孔Co@C纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN115212911B (zh) | 一种镍负载氮掺杂多级孔生物炭材料及其制备方法和应用 | |
| CN114804100B (zh) | 一种具有超高比表面积多孔碳及其制备方法 | |
| CN113813966B (zh) | 一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料及其制备方法和应用 | |
| CN115304565B (zh) | 利用多孔碳基固体酸催化制备5-乙氧基甲基糠醛的方法 | |
| CN113772656B (zh) | 一种金属盐辅助制备多孔碳材料的方法及其应用 | |
| Dhawane et al. | Synthesis of Catalyst Support from Waste Biomass for Impregnation of Catalysts in Biofuel Production | |
| CN113353912A (zh) | 一种具有高光热转换效率的多孔炭材料的制备方法及其应用 | |
| CN112919451A (zh) | 用于处理有机污染物的生物质石墨烯及其制备方法和应用 | |
| KR102448519B1 (ko) | 삼산화황 및 수소 생산의 전환 방법 | |
| CN116328849B (zh) | 一种生物炭基MOFs催化剂及其制备方法和应用 | |
| Negm et al. | An insight into recent developments in sustainable biofuel production using activated carbon catalyst produced via valorization of agricultural biomass: Challenges, and environmental prospective |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |