[發明專利]一種吸附親水性離子液體的碳材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410199790.0
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103949216A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 漆新華;李陸楊
• 申請（專利權）人: 農業部環境保護科研監測所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C01B31/12
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技術領域

本發明屬于生物質類吸附劑的制備及其環境及化工應用領域，具體地說，涉及通過纖維素生物質的不完全水熱碳化及其KOH活化，從而獲得高比表面積和孔容并同時表面富含含氧功能基團的碳材料吸附劑的方法。?

背景技術

離子液體是指在常溫或接近常溫時處于液態的鹽類，通常由有機陽離子和無機陰離子組成。由于離子液體具有很好的熱穩定性和檢測不到的蒸氣壓，因而一直以來被認為是一種綠色溶劑而被廣泛應用在材料制備、能源存儲、生物質利用、化工、催化以及環境分析等領域。但是，最近的研究結果表明離子液體對跳蚤、藻類、斑馬魚、蚯蚓等生物存在一定的毒性，因而對環境和生態系統存在一定的潛在風險。由于離子液體的穩定性，難于通過化學方法分解，也很難被微生物降解，因此吸附是在離子液體廢水排放到環境之前將離子液體從廢水中分離出來的一種有效方法。????

目前活性炭是吸附離子液體的常用吸附劑，但是傳統的活性炭制備方法使得其雖然具有巨大的比表面積，但是表面的含氧基團很少，其表面是疏水性的，因而傳統的活性炭僅對疏水性的離子液體有很好的吸附效果，而對親水性的離子液體吸附效果不佳。因此，對于使用更為廣泛的親水性離子液體的處理，則需要開發新的吸附劑的制備方法，所制備的吸附劑除了應該具有巨大的比表面積和孔容外，其表面還應含有豐富的極性基團。

本發明中，我們利用纖維素的不完全水熱碳化，得到富含羥基和羧基等功能集團的碳微球。這種碳微球的含氧量很高，但是由于碳化溫度很低（220-280?^oC），因而比表面積很小。將該碳微球在氮氣氛圍下進一步用KOH進行活化，得到了同時具有大的比表面積和含氧基團的碳材料吸附劑。和傳統的活性炭相比，該吸附劑對親水性離子液體的吸附容量大大提高。?

先后利用這種纖維素的水熱碳化和KOH活化的方法制備同時具有較大的比表面積和高的極性含氧基團的碳吸附劑的方法，并將之用于極性離子液體的吸附，此前尚未見報道。?

發明內容

本發明針對傳統活性炭對親水性離子液體吸附容量小、吸附效率低的問題，提供一種制備新型纖維素基碳材料吸附劑的方法，該吸附劑對親水性離子液體吸附效率高、吸附容量大，且可以循環使用。?

本發明提出的吸附親水性離子液體的碳材料的制備方法，是以纖維索為原材料，依次利用纖維素的不完全水熱碳化和KOH活化得到黑色的海綿狀碳材料吸附劑。該材料比表面積為900?~?1500?m²/g，孔容在0.4?~?0.9?cm³/g，碳含量在55?~?75%，氧含量在20?~?40%，表面富含羥基、羧基等功能基團。具體包括以下步驟：?

（1）?在磁力攪拌下先后加入1~4質量份的微晶纖維素和10質量份的蒸餾水，持續攪拌30min；

（2）將步驟（1）配制的混合液轉入內襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應釜內，密封加熱至220~280?^oC恒溫6~12h，1000轉/分鐘轉速攪拌；

（3）反應結束后冷卻至室溫，生成的黑色粉末用蒸餾水和乙醇交替洗滌，于80℃恒溫干燥12h去除全部的水分，得到粒徑在3?~?5?微米的碳微球；

（4）將步驟（3）中得到的碳微球材料與KOH粉末以1：1至1：4的質量比混合均勻后，放入馬弗爐中，通入氮氣，在氮氣氛圍下在600?^oC下熱處理1?~?6小時；

（5）步驟（4）中得到的固體用0.1?~?1?mol/L的HCl溶液和蒸餾水交替清洗至pH呈中性，于80℃恒溫干燥12h，即得到呈黑色的吸附親水性離子液體的碳材料；

??（6）該碳材料經過SEM、FT-IR和元素分析后證明其為表面富含-OH、-COOH、C=O等含氧功能基團的海綿狀碳材。

【本發明的優點和積極效果】：

本發明有下列優點：一是吸附劑制備的原料來源是自然界廣泛存在的生物質纖維素，他們是可再生的，來源廣泛；二是吸附劑制備過程中采用的水熱碳化及后續的活化溫度相對較低；易于操作且節約能源；三是制備得到的吸附劑不僅具有巨大的比表面積和孔容，而且表面富含極性含氧功能基團，其對親水性離子液體具有更好的吸附性能，對典型性親水性離子液體1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽的吸附量達到102.9?mg/g，是普通活性炭的4倍。此外，吸附富集到吸附劑上的離子液體很容易通過酸洗脫附回收，吸附劑循環使用。?

【附圖說明】：