本發(fā)明屬于生物碳領(lǐng)域，具體涉及一種基于納米銀改性的茶葉渣生物碳材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)迅猛發(fā)展，大量排放的生產(chǎn)廢污水和生活污水，導(dǎo)致我國江河湖海均遭受一定程度的污染。各地區(qū)范圍飲用水中有機(jī)微污染物、細(xì)菌微生物的種類、數(shù)量日益增加，其中包含多種致癌相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)。據(jù)資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計，部分江河沿岸及沿海地區(qū)、人口稠密地區(qū)飲用水受污染程度尤為嚴(yán)重。

我國作為世界茶葉生產(chǎn)大國，總茶園面積超過4000萬畝，年均產(chǎn)茶量達(dá)到220多萬噸，均居世界首位。2015年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)茶葉年均消費(fèi)約為135萬噸，產(chǎn)生的茶葉渣數(shù)量龐大，回收利用率較低。我國對茶葉渣的回收研究尚處于初步階段，主要集中在制作飼料、肥料、枕芯、膳食纖維、凈化劑等方面。

生物碳是由生物質(zhì)(植物殘渣、動物糞便、污泥等)在限氧條件下經(jīng)高溫煅燒下制備的一類黑炭，因其自身多孔、大比表面積、官能團(tuán)發(fā)達(dá)等性質(zhì)，具備良好的污染物吸附能力以及土壤修復(fù)能力。生物碳相較廣泛應(yīng)用的活性炭而言，其制備成本低廉，而適用范圍更為廣泛，在凈化水質(zhì)、空氣等方面效果卓著，更是治理溫室氣體排放的一大利器。以數(shù)量巨大的廢棄茶葉渣制備生物碳材料，一方面可廢物利用，且所制備的生物碳材料性能優(yōu)良，綠色環(huán)保。

納米材料是目前國內(nèi)外的熱門研究議題，廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、機(jī)械、環(huán)保、IT等領(lǐng)域。目前國際上研究的納米材料對生物碳的物化改性方面，多以液相還原法和電化學(xué)法進(jìn)行負(fù)載納米材料，其中尤以納米鐵、納米鋁改性最為常見。納米銀(Nano Silver)就是將粒徑做到納米級的金屬銀單質(zhì)，其粒徑大多在25nm左右，對大腸桿菌、淋球菌、沙眼衣原體等數(shù)十種致病微生物都有強(qiáng)烈的抑制和殺滅作用。將納米銀和生物碳材料結(jié)合，可充分發(fā)揮兩者環(huán)保性能，達(dá)到雙重的凈化水質(zhì)空氣等功效。本發(fā)明專利所涉及的納米銀材料，目前在生物碳改性方面，國內(nèi)外暫未見文獻(xiàn)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的針對上述問題，提供一種納米銀改性茶葉渣生物碳凈水殺菌材料的制備方法及其用途。

一種基于納米銀改性的茶葉渣生物碳材料制備方法，包括如下步驟：

1)取茶葉渣生物碳浸泡在1％～5％鹽酸溶液中6-8h，用去離子水將其洗滌至pH呈中性；將樣品干燥、粉碎、過60-100目篩，得到預(yù)處理后的茶葉渣生物碳，放入真空干燥器內(nèi)備用；

2)將預(yù)處理后的茶葉渣生物碳與0.1mol/L-0.5mol/L的硝酸銀(AgNO₃)溶液一同浸泡12～24h；用無水乙醇和去離子水反復(fù)清洗樣品，直至洗滌液無Ag⁺離子殘留；

3)添加到0.1mol/L-0.5mol/L硼氫化鈉(NaBH₄)溶液中，浸泡12～24h；用無水乙醇和去離子水將樣品分別潤洗兩到三遍；

4)放置到真空冷凍干燥機(jī)中低溫-30℃～-40℃下干燥2～4h，所得黑色粉末即納米銀改性茶葉渣生物碳；將樣品放置棕色瓶中密封保存。

上述方法中，所述茶葉渣生物碳為廢棄茶葉渣在限氧環(huán)境下經(jīng)高溫碳化而成；所述碳化溫度為300℃-550℃，碳化時間為2～6h。

上述方法中，所述藥劑均為分析純度；所述制備過程中所用溶液均用氮氣吹氣預(yù)處理5-10min，以去除溶液中的溶解氧。

一種基于納米銀改性的茶葉渣生物碳材料的應(yīng)用，所述的納米銀改性茶葉渣生物碳去除水體的污染物和細(xì)菌。

本發(fā)明涉及一種納米銀改性茶葉渣生物碳材料，其優(yōu)點如下：

1.原材料來源廣泛，廢物利用；

2.制作工藝簡便，成本低廉，可實現(xiàn)量產(chǎn)；

3.將納米銀材料和生物碳的結(jié)合，達(dá)到凈水殺菌雙重功效。

附圖說明

圖1為納米銀改性茶葉渣生物碳材料的制備工藝圖；

圖2為納米銀改性茶葉渣生物碳材料的電鏡掃描圖；

圖3為納米銀改性茶葉渣生物碳材料的電鏡掃描圖；

圖4為納米銀改性茶葉渣生物碳材料的能譜圖。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表示的范圍。

實施例1

1、選用家用廢棄的鐵觀音、生普洱、熟普洱、毛尖茶葉渣，各稱取20g茶葉渣，自然風(fēng)干3天；往管式爐預(yù)通氮氣30min(排出管內(nèi)氧氣)，氮氣速率為0.8m³/h，20分鐘升溫至500℃，保溫60分鐘；保持管式爐石英管的封閉狀態(tài)，自然降溫至室溫后，即制得茶葉渣生物碳；稱量茶葉渣生物碳的重量，計算平均產(chǎn)率分別為52％，并將茶葉渣生物碳放入密封瓶內(nèi)避光干燥儲存；

2、取10g茶葉渣生物碳先用質(zhì)量百分比濃度為1％鹽酸浸泡8h(去除灰分)，然后用去離子水洗滌至pH中性(7.0)后，將其在105℃下干燥，粉碎后過100目分析篩，放入干燥器內(nèi)備用。制備過程所用的溶液先用氮氣吹氣預(yù)處理10min；

3、將經(jīng)氮氣吹氣處理過的25mL0.1mol/L的硝酸銀溶液與10g生物炭倒入100mL的三口燒瓶中，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬24h；取出浸漬后的生物碳，將殘留的AgNO₃溶液洗凈，反復(fù)清洗直至洗滌液無Ag離子殘留；將洗凈后的生物碳放入100mL的三口燒瓶中，加入25ml 0.1mol/L NaBH₄溶液，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬24h；

4、取出浸漬后的生物碳，用去離子水和無水乙醇分別清洗三遍，在冷凍干燥機(jī)中，低溫-30度環(huán)境下冷凍干燥4h，即得生物碳即為納米銀改性茶葉渣生物碳。

實施例2

1、選用家用廢棄的生普洱茶葉渣20g，在干燥箱內(nèi)以80℃烘干2h；放入管式爐中，在350℃下制備得到茶葉渣生物碳；稱量茶葉渣生物碳的重量，計算產(chǎn)率分別為48.21％，并將茶葉渣生物碳放入密封瓶內(nèi)避光干燥儲存；

2、取10g茶葉渣生物碳先用質(zhì)量百分比濃度為1％鹽酸浸泡8h(去除灰分)，然后用去離子水洗滌至pH中性(7.0)后，將其在105℃下干燥，粉碎后過100目分析篩；將經(jīng)氮氣吹氣處理過的25mL0.1mol/L的硝酸銀溶液與樣品倒入100mL的三口燒瓶中，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬18h；取出浸漬后的生物碳，將殘留的AgNO₃溶液洗凈，反復(fù)清洗直至洗滌液無Ag離子殘留；將洗凈后的生物碳放入100mL的三口燒瓶中，加入25ml 0.1mol/L NaBH₄溶液，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬18h；

取出浸漬后的生物碳，用去離子水和無水乙醇分別清洗三遍，在冷凍干燥機(jī)中，低溫-40度環(huán)境下冷凍干燥4h，即得生物碳即為納米銀改性茶葉渣生物碳。對所得生物碳進(jìn)行SEM電鏡掃描和能譜分析，所得結(jié)果見圖2、圖3和圖4。由圖2、圖3可看成，納米銀改性茶葉渣生物碳微孔較多，且內(nèi)表面積大，內(nèi)表面附著著的細(xì)微顆粒狀即為納米銀，且由圖4的能譜圖分析可得，生物碳表面附著的Ag占比較大，可以證明該制備方法是有效可行的。

實施例3

取10g實施例1所制鐵觀音茶葉渣生物碳，先用質(zhì)量百分比濃度為1％鹽酸浸泡8h(去除灰分)，然后用去離子水洗滌至pH中性(7.0)后，干燥，粉碎，過100目篩；隨后將經(jīng)氮氣吹氣處理過的25mL0.5mol/L的硝酸銀溶液與10g生物炭倒入100mL的三口燒瓶中，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬24h；取出浸漬后的生物碳，將殘留的AgNO₃溶液洗凈，反復(fù)清洗直至洗滌液無Ag離子殘留；將洗凈后的生物碳放入100mL的三口燒瓶中，加入25ml 0.1mol/L NaBH₄溶液，通入氮氣15min(去除溶解氧)，浸漬24h；取出浸漬后的生物碳，用去離子水和無水乙醇分別清洗三遍，在冷凍干燥機(jī)中，低溫-35度環(huán)境下冷凍干燥4h，即到納米銀改性茶葉渣生物碳。

取制備的納米銀改性茶葉渣生物碳，進(jìn)行水質(zhì)凈化測試。方法如下：

取100mg、200mg、300mg、400mg、500mg鐵觀音納米銀改性茶葉渣生物碳，放入250mL三角瓶中，加入200mL取自廣州市天河區(qū)日常飲用水，隨后置于恒溫振蕩器中，在(25±1℃)環(huán)境下以160r/mm速率勻速振蕩1h，靜置10min。取反應(yīng)液上清液，用分光光度計測定相應(yīng)污染物吸光度，并計算該污染物的存留量。

該實施例測定日常飲用水凈化前后重金屬銅、鎘、氨氮以及三氯甲烷的濃度，數(shù)據(jù)如下表一所示：

表1

有害重金屬、氯仿：mg/L

實施例4

取實施例1中所制納米銀改性茶葉渣生物碳，進(jìn)行殺菌試驗。

方法如下：取廣州市天河區(qū)日常飲用水，模擬靜態(tài)殺菌試驗。取100mg納米銀改性茶葉渣生物碳放入錐形瓶(使用前需進(jìn)行殺菌處理)中，加入200mL水樣(測得原水樣總大腸桿菌群數(shù)為2CFU/L)，在(25±1℃)環(huán)境下以160r/mm速率勻速振蕩1h，靜置10min。取10mL上清液進(jìn)行檢測，測得凈化后的水樣總大腸桿菌群數(shù)(CFU/L)為零。

取適量生物碳、麥飯石、石英放入玻璃管(使用前需進(jìn)行殺菌處理)中做成濾柱，模擬連續(xù)流殺菌柱試驗。用蠕動泵將水樣緩緩泵入濾柱，每過濾2L水樣，取1mL出水水樣進(jìn)行檢測。測得過濾后水樣總大腸桿菌群數(shù)(CFU/L)為零。