【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于炭材料，尤其涉及一种表面功能化多孔炭的制备方法和应用。
技术介绍
1、多孔炭是一种具有丰富孔隙结构的炭材料，这些孔隙可以存在于从纳米尺度到宏观尺度的不同级别上。根据孔径的不同，多孔炭可以进一步细分为微孔炭(孔径小于2纳米)、介孔炭(孔径在2至50纳米之间)和大孔炭(孔径大于50纳米)。多孔炭材料的孔隙结构赋予了它们独特的物理和化学性质，比如大的比表面积、良好的化学稳定性、可控的孔隙尺寸和分布等。多孔炭材料的孔隙结构是其性能的关键所在。孔隙的大小、形状、分布以及连通性都会直接影响材料的吸附能力、扩散速度、机械强度等性能指标。基于多孔炭材料的上述这些特点，其在能源储存与转换如超级电容器、锂离子电池、环境保护如污染物吸附、重金属去除、生物医药如药物载体、组织工程支架等领域展现出广阔的应用前景。
2、水体中的氮磷污染物通常以磷酸盐(po43-)、硝酸盐(no3-)等形式存在，并且常常同时发生氮磷污染。过量的氮和磷会导致水体富营养化，促进藻类过度生长，进而影响水质，甚至导致生态系统失衡。在这种情况下，寻找有效的净化方法至关重要。多孔炭作为一种重要的吸附材料，因其独特的孔隙结构和较大的比表面积，在水体净化和修复方面显示出了巨大的潜力。然而，对于磷酸根、硝酸根等带负电荷的基团而言，多孔炭的吸附能力相对较弱，因为多孔炭表面通常也带有负电荷，这导致同种电荷间的静电斥力，降低了吸附效率。
3、为了解决上述问题，现有技术通过化学方法对多孔炭表面进行改性，引入功能团，增强其与氮磷的化学亲和力；或者在多孔炭上负载金属
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种表面功能化多孔炭，可以高效去除废水中的氮和磷，其制备方法简便，易于工业化生产。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种表面功能化多孔炭的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤ⅰ、将小麦秸秆清洗后干燥，粉碎过筛，得到秸秆粉末；将秸秆粉末和氯化铵水溶液放入汽爆装置中，汽爆处理，干燥，得到预处理秸秆；将预处理秸秆放入马弗炉中，煅烧，冷却，得到生物炭；
5、步骤ⅱ、将生物炭、硅藻土与酚醛树脂混合均匀，然后喷洒改性剂水溶液，再置于球磨机中球磨处理，取出后干燥，得到改性生物炭；将改性生物炭放入马弗炉中，煅烧，冷却，得到所述表面功能化多孔炭。
6、优选的，一种表面功能化多孔炭的制备方法，包括以下步骤：
7、步骤ⅰ、将小麦秸秆清洗后干燥，粉碎过筛，得到秸秆粉末；将50-70重量份秸秆粉末和60-80重量份氯化铵水溶液放入汽爆装置中，汽爆处理，泄压，取出后干燥，得到预处理秸秆；将预处理秸秆放入马弗炉中，在氮气气氛下煅烧，冷却，得到生物炭；
8、步骤ⅱ、将10-30重量份生物炭、0.1-0.4重量份硅藻土与0.1-0.3重量份酚醛树脂混合均匀，然后喷洒3-5重量份改性剂水溶液，再置于球磨机中球磨处理，取出后干燥，得到改性生物炭；将改性生物炭放入马弗炉中，在氮气气氛下煅烧，冷却，得到所述表面功能化多孔炭。
9、本专利技术以可再生农业资源小麦秸秆为原料，通过加入氯化铵水溶液进行汽爆(蒸汽爆破)处理，以疏松秸秆结构，增加其孔隙度；此过程不仅能够使秸秆结构变得更加蓬松，而且吸附在秸秆纤维表面的铵根基团在后续的高温煅烧中充当微孔结构的蚀刻剂，帮助形成炭-氮-炭键及胺基官能团，这些胺基官能团通过配位作用可以对改性剂(铈盐和铁盐)形成的金属纳米氧化物起到稳定作用，将其牢固地粘结在微孔结构上，从而提高多孔炭的吸附能力和再生利用率；而且高温煅烧时一部分铵根基团分解产生氨气并与碳反应，有助于形成高孔隙度的多孔炭材料，进一步增强其物理吸附能力，同时实现对氮和磷的去除。
10、为进一步提升吸附性能，本专利技术采用了硅藻土、酚醛树脂及改性剂(铈盐和铁盐)对自制生物炭进行多孔成型及表面功能化改性，有效克服了现有方法制备的多孔炭在水净化处理中吸附容量低、易出现二次污染的问题。其中，硅藻土作为无机增效材料，不仅起到粘结成型的作用，还能辅助负载金属纳米氧化物，增强吸附材料的整体结构稳定性和吸附性能。酚醛树脂作为粘结剂在高温煅烧中形成稳定的炭骨架，其内部丰富的大孔道为吸附剂提供了更多的接触位点，增强了吸附材料的表面结合力。改性剂(铈盐和铁盐)通过湿法球磨均匀分散在多孔结构的内外表面，高温煅烧中能够在材料结构上原位生成金属纳米氧化物，此外改性剂还具有活化硅藻土的作用，从而进一步扩大吸附材料的比表面积并增加吸附活性位点。
11、进一步地，一种表面功能化多孔炭的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤ⅰ、将小麦秸秆清洗后干燥，粉碎过150-300目筛，得到秸秆粉末；将50-70重量份秸秆粉末和60-80重量份氯化铵水溶液放入汽爆装置中，汽爆处理4-8min，泄压，取出后干燥，得到预处理秸秆；将预处理秸秆放入马弗炉中，在氮气气氛下煅烧120-180min，冷却至室温，得到生物炭；
13、步骤ⅱ、将10-30重量份生物炭、0.1-0.4重量份硅藻土与0.1-0.3重量份酚醛树脂混合均匀，然后喷洒3-5重量份改性剂水溶液，再置于球磨机中球磨处理30-50min，取出后干燥，得到改性生物炭；将改性生物炭放入马弗炉中，在氮气气氛下煅烧100-150min，冷却至室温，得到所述表面功能化多孔炭。
14、优选的，步骤ⅰ中氯化铵水溶液的浓度为22-26wt％。
15、优选的，步骤ⅰ中汽爆处理的条件为：压力1-2mpa、温度80-100℃。
16、优选的，步骤ⅰ中煅烧的温度为500-600℃。
17、优选的，步骤ⅱ中球磨转速为300-400rpm。
18、优选的，步骤ⅱ中煅烧的温度为400-500℃。
19、优选的，所述改性剂水溶液由氯化铈、氯化铁和水组成。
20、进一步地，所述改性剂水溶液由4-6wt％氯化铈、8-12wt％氯化铁和余量水组成。
21、进一步地，所述硅藻土的平均粒径为15-18μm。
22、进一步地，所述酚醛树脂的粘度为5200-5600mpa·s(25℃)。
23、与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果为：
24、1、本专利技术提供一种表面功能化多孔炭的制备方法和应用，制得的表面功能化多孔炭吸附能力优异，性能稳定，不会造成二次污染，可以高效去除废水中的氮和磷，其制备方法简便，易于工业化生产。
25、2、本专利技术通过氯化铵水溶液联合汽爆对小麦秸秆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，所述改性剂水溶液由氯化铈、氯化铁和水组成。
4.根据权利要求3所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，所述改性剂水溶液由4-6wt％氯化铈、8-12wt％氯化铁和余量水组成。
5.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤Ⅰ中氯化铵水溶液的浓度为22-26wt％。
6.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤Ⅰ中汽爆处理的条件为：压力1-2MPa、温度80-100℃。
7.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤Ⅰ中煅烧的温度为500-600℃。
8.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤Ⅱ中煅烧的温度为400-500℃。
9.一种表面功能化多孔炭，其特征在于，根据权利要求1-8任
10.根据权利要求9所述的表面功能化多孔炭作为吸附材料在水处理中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，所述改性剂水溶液由氯化铈、氯化铁和水组成。
4.根据权利要求3所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，所述改性剂水溶液由4-6wt％氯化铈、8-12wt％氯化铁和余量水组成。
5.根据权利要求1所述的表面功能化多孔炭的制备方法，其特征在于，步骤ⅰ中氯化铵水溶液的浓度为22-26wt％。
【专利技术属性】
技术研发人员：官忠明，李浩彬，陈建州，俞行星，聂玉珏，刘远鹏，林婵娟，
申请(专利权)人：福建省鑫森炭业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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