本发明属于生物质材料应用领域，涉及一种微/纳米水可分散生物炭的制备方法。
背景技术：
生物炭（biochar）是生物质在缺氧条件下不完全燃烧热裂解后所形成的产物，广义上属于一种“黑碳”。常见的生物炭包括木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。生物炭具有低可溶性，高羧酸酯化和芳香化结构、孔隙度、大比表面积、强吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力的特性，使其在工农业、能源和环境等领域都具有重要的应用价值。
生物炭主要应用两方面：一是增加土壤的碳汇，对抗气候变化，减缓温室效应，缓解气候危机；二是提升土壤肥力，增加作物产量，降低土壤重金属和农药的污染，使之在土壤污染修复应用中有着广阔的前景。最近，生物炭作为新材料引起燃料电池、电容器等能源领域和传感器等检测分析领域的广泛关注。然而，生物炭一般不溶不熔，不具有溶液可加工性，很难形成均匀的分散体，此外，生物炭还具有粒径大，比表面积小，吸附能力弱，成膜性能差等缺陷，因此，对生物炭进行改性制备新型纳米可分散生物炭显得尤为重要。尤其是微/纳米水分散生物炭还能进一步降低成本。尽管我们先前通过分散剂和稳定剂改善了生物炭的水微/纳分散能力，但外来成分的引入增加了其成本，如何直接获得水可分散微/纳生物炭仍然是一个问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种成本低廉、工艺简单、操作简便、易批量化生产的微/纳米水可分散生物炭的制备方法。
本发明的微/纳米水可分散生物炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）生物炭的制备：采用限氧升温碳化法，将乔木或灌木或竹或秸秆风干晾晒后，在鼓风干燥机中烘干，然后粉碎装入密闭充满氮气的容器中，加热至580-620℃后保持3-4小时，待冷却后取出即得生物炭（乔木生物炭、灌木乔木生物炭、竹炭、秸秆生物炭）；
（2）超声破碎：取1-10g生物炭用100 ml二次蒸馏水混合后得到生物炭与二次蒸馏水的比例为1:100-1:10，加入超声循环提取机中，循环提取1-5小时, 得到生物炭水混合分散液；
（3）离心分离：取超声后的生物炭水混合分散液，使用低速离心机离心分离，得到上/下两层生物炭水分散体；
（4）浓缩烘干：将离心后得到的上/下两层生物炭水分散体分别倒入容器中，放置在红外干燥箱中，烘干得到上/下两层微/纳米水可分散生物炭粉体，经过处理后的生物炭粉末粒径在几纳米至十微米的范围内，且最终得到的上层粉末的粒径小于下层；
（5）生物炭的水分散液的制备：分别称取1-6 mg的上、下层生物炭，用蒸馏水配成2ml的水混合液，得到0.5-3 mg/ml生物炭水分散液，超声30 min后形成分散均匀生物炭水分散液。
本发明制备方法制备的微/纳米水可分散生物炭，上层的粒径比下层的粒径更小，上/下两层微/纳米水可分散生物炭粉体都可形成水分散体，上层可形成稳定均匀的水分散体，而下层只能形成均匀的水分散体，并随着时间逐渐下沉，上/下两层微/纳米水可分散生物炭通过搅拌或震荡可再次均匀分散。
本发明的微/纳米水可分散生物炭的制备方法，具有成本低廉、工艺简单、操作简便、易批量化生产等优势，所制备的微/纳米水可分散生物炭能更好地应用于重金属和农药等有害物质吸附，土壤修复、微肥等传统应用领域中，也可作为修饰电极材料应用于燃料电池、电容器等能源存储和传感分析等新兴领域。
附图说明
图1为 微/纳米水可分散生物炭上层（A）和下层（B）电子扫描显微镜图；
图2为微/纳米水可分散生物炭上层（A）和下层（B）透射电子显微镜图。
具体实施方式
一种微/纳米水可分散生物炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）生物炭的制备:采用限氧升温碳化法，将乔木或灌木或竹或秸秆风干晾晒一天后在90℃鼓风干燥机烘干12小时；然后粉碎装入密闭充满氮气的罐里，在马弗炉中加热至600℃后保持3小时；待冷却后取出即得生物炭（乔木生物炭、灌木乔木生物炭、竹炭、秸秆生物炭）。
（2）超声破碎：取1-10 g生物炭用100 mL二次蒸馏水混合后得到生物炭与二次蒸馏水的比例为1:100-1:10，加入超声循环提取机中，超声功率为900W，循环提取1-5小时后, 得到生物炭水混合分散液。
（3）离心分离：取超声后的生物炭水混合分散液，使用低速离心机转速4000转/分 离心分离，得到上/下两层生物炭水分散体。
（4）浓缩烘干：分别将离心后得到的生物炭水混合液倒入厚壁玻璃瓶中，放置在红外干燥箱中，烘干得到上/下两层微/纳米水可分散生物炭粉体。
（5）生物炭的水分散液的制备：分别称取1-6 mg的上、下层生物炭，用蒸馏水配成2 mL的水混合液，得到0.5-3 mg/mL生物炭水分散液，超声30 min后形成分散均匀生物炭水分散液。上层生物炭水分散体具有比较好的分散稳定性（可维持至少两周），而下层生物炭分散稳定性比较差。随着时间逐渐下沉，搅拌或震荡可再次均匀分散（1小时后就可以看见沉淀）。