科创中国
生物炭复合吸附材料的制备技术
发布时间: 2025-12-05
基本信息
合作方式：
合作开发
成果类型：
发明专利
行业领域：
新材料技术,新能源及节能技术
成果介绍
本研究发展了一种通过后处理工艺调控生物炭材料组成与结构的新方法。通过对比酸洗与水洗两种不同的后处理方式，成功制备了纳米氧化物与类石墨炭的复合吸附材料。该材料呈现出独特的薄层花瓣状形貌，并具有微孔-介孔复合的孔隙结构，其比表面积高达1149 m² g⁻¹，孔体积为0.575 cm³ g⁻¹。关键在于，锚定在生物炭表面的纳米氧化物不仅作为“间隔物”有效阻止了类石墨层的紧密堆叠，从而形成发达孔隙，还在吸附过程中作为“联合吸附剂”发挥作用。性能测试表明，该材料对浓度为200 mg L⁻¹的苯酚溶液表现出优异的吸附能力，吸附量可达163.36 mg g⁻¹，且在50分钟内即可达到吸附平衡。无论是对于5 mg L⁻¹的苯酚模拟废水，还是成分更复杂的加标实际水样，经该材料处理后，苯酚浓度均能降至1 mg L⁻¹以下，达到国家排放标准。该研究为设计高效、稳定的水体酚类污染物吸附材料提供了新的思路。
成果亮点
1.工艺创新，结构可控：创新性地采用酸洗与水洗的后处理方式作为调控开关，实现对生物炭复合组成（纳米氧化物与类石墨炭比例）和微观结构的精确控制，方法简单且高效。
2.结构优异，性能卓越：所制备材料兼具高比表面积（1149 m² g⁻¹）、大孔容（0.575 cm³ g⁻¹） 和独特的薄层花瓣状形貌，为污染物吸附提供了丰富的活性位点和快速传输通道。
3.双重作用，机理协同：锚定的纳米氧化物扮演“一石二鸟”的关键角色：在制备中作为间隔物抑制碳层堆叠，优化孔隙；在吸附中作为联合吸附剂，与类石墨炭基质产生协同吸附效应。
4.吸附高效，应用性强：对苯酚展现出高吸附容量（163.36 mg g⁻¹）与快速吸附动力学（50分钟平衡），并能将低浓度含酚废水深度处理至国家排放标准（<1 mg L⁻¹）以下，在模拟与实际水体系中均表现稳定，应用潜力显著。
团队介绍
本研发团队由宁夏理工学院陈琼博士领衔，长期深耕生物质资源化利用与功能炭材料领域。团队现有固定研究人员7人，其中教授1人、副教授2人、高级工程师1人，学科背景覆盖环境工程、材料科学及化学工程，形成从基础研究到工程应用的全链条研发能力。核心带头人陈琼博士为石嘴山市“351人才”，主持宁夏自然科学基金等科研项目3项，在生物炭孔隙结构调控与表面官能团修饰方面形成了核心技术体系。骨干成员包括东北大学孙挺教授（材料合成专家）、晁婧副教授（环境应用负责人）及宁夏英力特化工股份有限公司鲍文志高级工程师（工程放大专家），实现了“高校研发+企业转化”的产学研协同模式。团队依托省级产教融合实验基地，拥有热解中试装置、比表面积分析仪等总值超2000万元的先进设备，近三年发表SCI论文10余篇，授权发明专利1项。开发的生物炭材料对重金属吸附容量显著提升，且在印染废水处理中实现快速去除，已在区域环境污染修复中成效显著，具备良好的产业化前景。
成果资料
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