生物炭/普鲁士蓝复合材料及其制备方法

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种生物炭/普鲁士蓝复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化的快速发展，水体中重金属污染问题日益严峻。在众多水处理技术中，吸附法因其高效、经济及二次污染小等优势而被广泛应用。因而，开发高性能高稳定性的吸附材料，成为该领域的核心研究方向。

2、普鲁士蓝作为一种经典的微孔配位聚合物，其独特的面心立方晶格结构具有尺寸均一的孔道，对特定尺寸的重金属离子（如铯、铊等）展现出优异的选择性吸附潜力。然而，普鲁士蓝材料通常为纳米级粉末，在实际使用中易团聚且难以从处理后的水体中分离，存在二次污染的风险，严重限制了其工程化应用。将普鲁士蓝负载于大尺寸的载体上是解决此问题的有效策略之一。生物炭作为一种来源广泛、价格低廉且环境友好的多孔碳材料，被视为理想的载体候选。然而，传统的液相负载或物理混合方法，往往难以实现普鲁士蓝在生物炭孔隙内的高效、均匀且稳固的负载，导致复合材料的吸附位点暴露不充分、组分间结合力弱，最终影响其吸附容量与稳定性。因此，开发一种吸附效果好、稳定性高、易于回收的生物炭/普鲁士蓝复合材料，对于推动高性能高稳定性吸附材料的创新发展具有重要的理论与应用价值。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附效果好、稳定性高、易于回收的生物炭/普鲁士蓝复合材料及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将生物炭和酸性溶液混合，进行酸改性，得到改性生物炭；

5、s2、将步骤s1得到的改性生物炭和普鲁士蓝混合，进行球磨，得到生物炭/普鲁士蓝复合材料。

6、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～2∶1。

7、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～1∶1。

8、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，所述球磨的时间为3h～5h，所述球磨的转速为300rpm～400rpm，所述球磨的球料比为50～100∶1。

9、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述酸性溶液的浓度为1mol/l～2mol/l，所述生物炭与酸性溶液的质量体积比为1g∶20ml～40ml，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液。

10、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述混合在超声条件下进行，所述超声的时间为5min～25min，所述酸改性在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300rpm～650rpm，所述搅拌的时间为2h，所述酸改性之后还包括以下处理：将产物进行洗涤、干燥。

11、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述生物炭的制备方法为：在氮气气氛或惰性气氛下，将生物质材料进行碳化，得到生物炭。

12、上述的制备方法，进一步改进的，所述碳化的温度为400℃～900℃，所述碳化的时间为1h～3h，所述碳化过程中升温速率为5℃/min～10℃/min。

13、上述的制备方法，进一步改进的，所述碳化的温度为700℃～900℃；所述生物质材料在使用之前还包括以下处理：将生物质材料清洗、干燥、粉碎、过筛，所述生物质材料为西瓜皮、椰壳和虾壳中的至少一种。

14、作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的制备方法制得的生物炭/普鲁士蓝复合材料。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、本发明提供了一种生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，将改性生物炭和普鲁士蓝混合进行球磨，第一，可以将材料细化至纳米尺度，增大比表面积；第二，改善了复合材料的孔隙结构，使其具有发达的中孔网络，为重金属离子提供充足的扩散通道，提高了传质速率；第三，通过机械力化学效应，有效打破生物炭的惰性表面，增加其表面活性位点，提高石墨化程度，同时诱导生物炭和普鲁士蓝界面发生化学键合，形成具有协同增强效应的高稳定性复合结构，从而极大地促进普鲁士蓝颗粒在生物炭载体上的均匀分散与牢固复合，最终制得吸附效果好、稳定性高、易于回收的生物炭/普鲁士蓝复合材料。本发明的制备方法，采用的原料来源广、价格低廉，制备过程无需额外投加化学药剂，有效防止二次污染，且制备工艺简单，易于实现规模化生产。

1.一种生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～2∶1。

3.根据权利要求2所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述改性生物炭与普鲁士蓝的质量比为0.5～1∶1。

4.根据权利要求3所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述球磨的时间为3h～5h，所述球磨的转速为300rpm～400rpm，所述球磨的球料比为50～100∶1。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酸性溶液的浓度为1mol/l～2mol/l，所述生物炭与酸性溶液的质量体积比为1g∶20ml～40ml，所述酸性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述混合在超声条件下进行，所述超声的时间为5min～25min，所述酸改性在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为300rpm～650rpm，所述搅拌的时间为2h，所述酸改性之后还包括以下处理：将产物进行洗涤、干燥。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述生物炭的制备方法为：在氮气气氛或惰性气氛下，将生物质材料进行碳化，得到生物炭。

8.根据权利要求7所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为400℃～900℃，所述碳化的时间为1h～3h，所述碳化过程中升温速率为5℃/min～10℃/min。

9.根据权利要求8所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为700℃～900℃；所述生物质材料在使用之前还包括以下处理：将生物质材料清洗、干燥、粉碎、过筛，所述生物质材料为西瓜皮、椰壳和虾壳中的至少一种。

10.一种如权利要求1～9中任一项所述的生物炭/普鲁士蓝复合材料的制备方法制得的生物炭/普鲁士蓝复合材料。