近日, 合肥工業大學一項科研成果, 以秸稈類生物質廢棄物為原料, 成功製備出多維數, 多尺度, 多形態的三維功能催化材料, 可高效去除水體中有機及重金屬有毒汙染物, 解決了秸稈類生物質廢棄物難以利用的難題. 這一合成方法具有工藝簡單, 產率高, 結構可控及易於規模生產等技術優點, 具有廣闊的工業化應用前景. 相關研究成果發表在環境領域重要期刊《應用催化—環境》.
秸稈類生物質廢棄物具有雜質多, 來源廣, 儲量大及難處理等特點, 如果處理不當會危害環境及人體健康, 引發疫病. 據統計, 我國每年產生約10億噸秸稈類生物質廢棄物, 而生物質液化, 生物柴油, 堆肥填埋及直接焚燒等傳統生物質廢棄物處理方法, 均無法實現高效綠色的利用.
為解決這一關鍵技術難題, 實現秸稈類生物質廢棄物的資源化利用, 合肥工業大學化學與化工學院姚運金副教授課題組, 首次研發出生物質碳複合功能相三維材料的製備工藝, 以秸稈類生物質廢棄物為原料經化學活化後與金屬二價鹽及含氮化合物均相混合, 通過高溫熱解製備出3D功能催化材料, 實現了生物質廢棄物資源的再利用. 每克該新型材料的總面積最高可達1500平方米, 對目前廣泛存在的持久性有機及無機類有毒汙染物均呈現出顯著的去除性能, 且去除效率是傳統納米複合材料的50至100倍.
據介紹, 該新型3D複合材料的製備工藝將生物質廢棄物活化為三維多級孔功能炭載體, 利用其本身的多孔結構, 高比表面積及表界面特性, 原位引入金屬納米功能相, 在單設備中實現了金屬離子的還原, 金屬納米粒子的碳包覆以及氮非金屬元素的摻雜改性, 克服了傳統熱解法製備工藝複雜, 還原處理風險較高以及非金屬元素改性效果不佳等缺陷.
同時, 該材料中碳包覆金屬納米顆粒形成的核殼結構有利於電子傳輸, 氮元素的摻雜增加了碳層表面的活性及分散性, 豐富孔隙結構和高比表面積提高了接觸, 活性位點數, 包覆納米結構使金屬納米粒子免於被毒化, 極大提高了其在實際應用中的抗中毒能力, 穩定性及重複利用性, 且生物質原料資源豐富, 製備成本低, 比表面積大並具有多級孔結構, 因此具有廣闊的工業化應用前景.
該新型製備工藝實現了生物質廢棄物的再利用及汙染物的高效去除, 且其具有工藝簡單, 成本低廉及易大規模生產的特點, 適用於工業化生產. 同時, 該新型製備工藝為基於生物質的3D先進功能催化材料的開發, 構築和應用提供了理論支援及科學指導.
