NS负载松果生物炭维降解污水效率的研究
1.绪论
1.1生物质材料的简介
生物质是指植物、动物微生物以及其生命过程中所排泄的有机质，有十分广泛的储量和分布，是生物圈中重要的碳储存方式，尽管从古至今生物质在人们的衣食住行中有着举足轻重的作用，但是仍然有一部分存在于畜牧业、海洋渔业、农业、等其他人类活动而产生的生物质中的碳被浪费掉，并且传统的处理方式，比如堆积、燃烧等方法还会造成大面积的环境污染。随着时代的变迁科技的发展，人们逐渐发现生物质是一种有良好前景的碳原材料去制备有价值的碳材料应用在材料科学上，在电化学能源的储存，水处理、催化等多个方面都具有比较好的利用[1]。
生物质材料主要由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳、氢、氧三种元素组成。生物质材料的分类按组分分为均质生物质材料和复合生物质材料。按照所含化学结构单元分类一般可以分为多糖类、蛋白质类、核酸、脂类、酚类、氨基酸类、综合类。生物质材料的一般特征都含有碳、氢、氧三种元素，部分含有氮、硫或者钠等元素，因此生物质材料归属于有机高分子材料，具有有机物和高分子的一般特征，生物质材料种类多、分类广、储量丰富，与合成高分子相比具有较好的生物降解性、可再生，能够与功能基相关的聚合物化学反应，结构和性能差异大[2]。
1.2生物炭的制备及发展
利用生物质制备碳材料属于一种热化学过程，一般来说涉及到有机物在惰性气氛下的高温裂解，同时需要提供一个必要的处理去提高调控孔结构和比表面积。目前已有的生物质碳材料制备方法主要有直接碳化法（高温分解法）、活化法、水热碳化法和模板法。
1、水热碳化
水热碳化（ＨＴＣ），1913年 由Berjius报道，随后 Bberl进一步发展而成。该方法具有简便、效率高和无污染等优点。HTC过程中涉及的化学反应主要包括５个步骤：水解、脱水、脱羧、聚合和芳环化[1]。由于生物质前体的不同，HTC所得碳材料的SSA从1.3～250ｍ２／ｇ不等。虽然HTC代表了一种为直接且低消耗的从生物质材料中生产碳的方法[3]，但是 ＨＴＣ获得的碳通常具有较小的孔隙度和较低的SSA，因此，研究者对HTC制备的碳的孔隙度和 SSA进行了大量的改进，如加入模板或添加物等。也有的研究者将水热碳化与活化法相结合备了高表面积碳。如Sun[4]等以大麻为前驱体，结合水热碳化与活化过程 制备了表面积高达2879ｍ2／ｇ的碳，具有优异的化学性质。除了提高孔隙率和SSA外HTC材料的化学性质还可以通过添加氨基酸、糖蛋白等方式来进行改善。此外，水热碳化可以与原子掺杂结合起来以得到更为理想的产品。如Si[2]等以人的头发为原位掺氮生物质碳源，通过水热碳化法，制备得到含有富氮官能团的生物质多孔碳材料，该材料的比电容量高达264F/g，展现出了优异的超电容性能。也有一些研究 者将水热碳化与直接碳化法进行结合从而提高材料的电化学性能。如Wu等[3]以西瓜为生物质碳源，通过 水热碳化法制备得到具有三维网络结构的碳气凝胶， 再将四氧化三铁纳米颗粒掺入碳气凝胶网络孔结构中，最后经过高温直接碳化得到的碳材料表现出较高的比电容，且具有良好的循环稳定性[4]。
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