本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種含氧空位的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、生物炭是生物質(zhì)在無(wú)氧或者厭氧條件下，經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化得到的固態(tài)產(chǎn)物。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)熱解碳化過(guò)程，使得生物炭成為孔狀結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、容重小的微孔結(jié)構(gòu)，近年來(lái)已逐漸成為農(nóng)業(yè)、生態(tài)修復(fù)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2、目前合成生物炭的原料主要為農(nóng)作物秸稈(如小麥、棉花、玉米等)、落葉、餐廚垃圾、畜禽糞便(如雞糞、豬糞、牛糞等)和污泥等。生物炭的性能與原材料性質(zhì)、碳化工藝等密切相關(guān)，不同生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)、內(nèi)含物及木質(zhì)素、纖維素含量等不同，制備的生物炭結(jié)構(gòu)差異顯著，如利用稻殼制備的生物炭的納米總孔徑達(dá)2.1cm3·g-1，而污泥生物炭為0.17cm3·g-1。

3、目前關(guān)于生物炭的研究主要是圍繞利用生物炭替代昂貴的活性碳作為催化劑或載體用以處理廢水、廢氣以及促進(jìn)脂類合成。然而現(xiàn)有的生物炭只能實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的吸附，其電子傳導(dǎo)速率較差，紊亂的炭結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)電子的有效定向轉(zhuǎn)移，限制了生物炭在催化去除污染物領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，研究人員還需要對(duì)生物炭性能進(jìn)行改進(jìn)處理，將生物炭轉(zhuǎn)化為具有新結(jié)構(gòu)和表面特性的先進(jìn)復(fù)合材料，以期最大程度地提高其催化效率及穩(wěn)定性。與原始生物炭相比，過(guò)渡金屬負(fù)載改性方法改變了生物炭上的電子態(tài)，使其衍生物更親電，進(jìn)一步提升了生物炭基材料作為催化劑去除水中污染物的能力和應(yīng)用，然而，采用負(fù)載金屬改性生物炭制備得到的催化劑主要存在以下缺陷：1)活性位點(diǎn)暴露不充分，降低了反應(yīng)物與活性位點(diǎn)的接觸機(jī)會(huì)；2)負(fù)載金屬改性的生物炭催化劑導(dǎo)電性差，增加了催化過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移阻力，從而導(dǎo)致催化劑的吸附能力和活性仍然較差，用于降解水體有機(jī)污染物時(shí)，有機(jī)污染物降解時(shí)間長(zhǎng)、去除率低、礦化率較低、難以深度去除。

4、因此，需要尋求一種新的含氧空位的復(fù)合材料及其制備方法，同時(shí)提高復(fù)合材料降解水體有機(jī)污染物的能力，提高礦化效率，達(dá)到深度去除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的催化劑/過(guò)硫酸鹽活化體系對(duì)于水體中有機(jī)污染物去除率、礦化率較低，難以深度去除的問(wèn)題，提供一種含氧空位的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明制備得到的復(fù)合材料能夠高效去除水體中多種有機(jī)污染物。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種含氧空位的復(fù)合材料的制備方法，該方法包括：在溶劑存在下，將金屬鹽、生物質(zhì)原料、促進(jìn)劑和刻蝕劑混合，以使生物質(zhì)原料碳化；

3、其中，所述生物質(zhì)原料來(lái)源于入侵植物。

4、本發(fā)明第二方面提供了一種由第一方面所述的方法制得的含氧空位的復(fù)合材料。

5、本發(fā)明第三方面提供了前述第二方面所述的含氧空位的復(fù)合材料與過(guò)硫酸鹽在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

6、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果至少在于：

7、(1)本發(fā)明復(fù)合材料的制備方法簡(jiǎn)便、操作性強(qiáng)；

8、(2)本發(fā)明選用的原材料綠色環(huán)保，還能實(shí)現(xiàn)廢物利用；

9、(3)本發(fā)明的復(fù)合材料耦合過(guò)硫酸鹽能夠高效去除水體中多種有機(jī)污染物，去除率達(dá)100％，礦化率達(dá)80％。

技術(shù)特征：

1.一種含氧空位的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括：在溶劑存在下，將金屬鹽、生物質(zhì)原料、促進(jìn)劑和刻蝕劑混合，以使生物質(zhì)原料碳化；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述金屬鹽中的金屬元素與生物質(zhì)原料的干物質(zhì)的重量比為1：(0.5-10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其中，所述入侵植物選自菊科飛蓬屬植物和/或菊科紫苑屬植物；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，以所述入侵植物的干物質(zhì)重量為基準(zhǔn)，所述入侵植物中纖維素的含量為45-65wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其中，所述金屬鹽選自過(guò)渡金屬鹽中的至少一種；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述鐵鹽選自氯化鐵和/或硫酸鐵；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中，所述金屬鹽中兩種金屬元素的摩爾比為1：(1-5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，以10g所述生物質(zhì)原料的干物質(zhì)重量為基準(zhǔn)，所述促進(jìn)劑的用量為0.05-0.3mol，所述刻蝕劑的用量為0.1-0.4mol；

9.一種含氧空位的復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料由權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的方法制備得到。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料與過(guò)硫酸鹽在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，公開(kāi)了一種含氧空位的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。該方法包括：在溶劑存在下，將金屬鹽、生物質(zhì)原料、促進(jìn)劑和刻蝕劑混合，以使生物質(zhì)原料碳化；其中，所述生物質(zhì)原料來(lái)源于入侵植物，以所述入侵植物的干物質(zhì)重量為基準(zhǔn)，所述入侵植物中纖維素的含量為45?65wt％。由該方法制備得到的復(fù)合材料用于過(guò)硫酸鹽活化降解有機(jī)污染物，能夠高效去除水體中多種有機(jī)污染物，去除率達(dá)100％，礦化率達(dá)80％。

技術(shù)研發(fā)人員：范宇寒,陳明,路雨微
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2