[發(fā)明專利]一種O摻雜表面修飾蠶沙基多級(jí)孔炭材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610812764.X
• 申請(qǐng)日: 2016-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN106390926B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鐘興;魏雅男;孫華菊;趙禎霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;A01N25/08
• 代理公司: 南寧啟創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

本發(fā)明公開了一種O摻雜表面修飾蠶沙基多級(jí)孔炭材料及其制備方法與應(yīng)用。先將蠶沙與ZnCl₂溶液混合溶脹后冷凍干燥，再將凍干后蠶沙在保護(hù)氣體中進(jìn)行活化擴(kuò)孔反應(yīng)，然后再清洗、離心以及烘干后得到蠶沙基多級(jí)孔炭材料，再通入O₂氣氛在等離子體反應(yīng)器中制備O摻雜表面修飾蠶沙基多級(jí)孔炭多材料，該材料可以應(yīng)用于農(nóng)藥緩控釋方面。本發(fā)明在高溫下利用保護(hù)氣條件對(duì)蠶沙進(jìn)行活化處理，再通過等離子體改性的方式對(duì)該材料進(jìn)行O摻雜表面修飾，所得到的炭材料具有較高的比表面積和可控的含O極性基團(tuán)，能對(duì)農(nóng)藥有較高的吸附容量和較好的緩控釋作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于炭材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及O摻雜表面修飾蠶沙基多級(jí)孔炭材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

農(nóng)藥能夠有效地控制病、蟲、草和其他有害生物對(duì)農(nóng)作物的危害，它作為化學(xué)防治的重要手段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著不可替代的作用。然而，在特定時(shí)間內(nèi)只有少量的農(nóng)藥能到達(dá)作物靶標(biāo)部位，而大部分農(nóng)藥直接釋放到自然環(huán)境中導(dǎo)致農(nóng)藥利用效率低下。這部分未起到藥效的農(nóng)藥會(huì)引起農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)、對(duì)非靶標(biāo)生物的傷害以及環(huán)境污染等諸多負(fù)面問題。如何有效地提高農(nóng)藥的利用效率和靶向釋放功能是目前農(nóng)藥領(lǐng)域亟待解決的主要問題之一。

緩控釋技術(shù)是一種可通過物理或化學(xué)手段使農(nóng)藥活性成分在給定時(shí)間內(nèi)緩慢釋放于靶標(biāo)部位，并使藥物濃度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持在有效濃度以上的新型給藥技術(shù)。生物多孔炭是具有較好吸附的材料之一，蠶沙基生物炭來(lái)源于桑蠶產(chǎn)業(yè)中的主要廢棄物蠶沙，其在農(nóng)村經(jīng)常隨意丟棄導(dǎo)致環(huán)境污染，從電鏡結(jié)構(gòu)觀察可知蠶沙具有天然的三維褶皺結(jié)構(gòu)且含碳量高，經(jīng)高溫碳化及活化可以獲得高比表面多孔生物炭，且其表面還含有豐富的N(O)基團(tuán)，通過改性可以提升其緩控釋能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種O摻雜改性蠶沙基多級(jí)孔炭材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明先對(duì)蠶沙進(jìn)行溶脹擴(kuò)孔處理，在高溫下利用保護(hù)氣條件對(duì)蠶沙進(jìn)行活化處理，再通過等離子體改性的方式對(duì)該材料進(jìn)行O摻雜表面修飾，所得到的炭材料具有較高的比表面積和可控的含O極性基團(tuán)，能對(duì)農(nóng)藥有較高的吸附容量和較好的緩控釋作用。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的O摻雜改性蠶沙基多級(jí)孔炭材料為三維孔隙結(jié)構(gòu)，其Langmuir比表面積為950～1300m²/g，總孔容在0.4-0.60cm³/g，其中微孔比表面積和孔容占到總比表面積和孔容的50～70％。

本發(fā)明的O摻雜改性蠶沙基多級(jí)孔炭材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將原蠶沙與ZnCl₂溶液混合溶脹后冷凍干燥；將凍干后蠶沙在N₂、Ar氣等保護(hù)性氣體中活化擴(kuò)孔反應(yīng)，然后再清洗使用稀鹽酸及去離子水沖洗3次后烘干得蠶沙基多級(jí)孔炭材料；

(2)將蠶沙基多級(jí)孔炭材料與在O₂氣氛下放入等離子體反應(yīng)器進(jìn)行表面改性，輸入電壓20～50V，改性時(shí)間1～30min，改性溫度不高于200℃；改性后用去離子水清洗烘干得到O摻雜改性蠶沙基多級(jí)孔炭材料。

作為方案的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(1)原蠶沙與質(zhì)量濃度0.25g/mL的ZnCl₂溶液混合質(zhì)體比為1:100～200，混合溫度為30～50℃，混合時(shí)間為0.5～3h。冷凍干燥過程為先在-25°℃～-20C下預(yù)冷凍2～4h，而后降溫至-60℃～-40℃凍干24～72h。

作為方案的進(jìn)一步優(yōu)選，等離子體反應(yīng)器輸入電壓30～40V，改性時(shí)間5～20min。

作為方案的進(jìn)一步優(yōu)選，所述凍干后蠶沙擴(kuò)孔反應(yīng)溫度為300～700℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～5h。最佳反應(yīng)條件是擴(kuò)孔反應(yīng)溫度為400～600℃，反應(yīng)時(shí)間為2～3h。

本發(fā)明的O摻雜表面修飾蠶沙基多級(jí)孔炭材料可應(yīng)用在藥物緩控釋方面，特別是農(nóng)藥緩控釋方面。