[發明專利]一種纖維素復合插層蒙脫土的炭化方法

有效

• 申請號: 201710168567.3
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106904625B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 蔣引珊;楊廣宇;李芳菲;薛兵;楊曉東;徐遠俊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B33/44
• 分類號: C01B33/44
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明提出一種纖維素復合插層蒙脫土的炭化方法。本發明首先對膨潤土進行提純，使蒙脫石含量達到80wt％以上，配合一定比例的纖維素，經過充分混合、攪拌、超聲分散達到纖維素與蒙脫石插層復合的效果，之后采用水熱處理方法對復合物料在180?240℃進行水熱炭化2?12h，得到初步的水熱碳/蒙脫土復合物，然后在400?600℃炭熱還原焙燒1?4h，最終獲得產物。本發明的主要特點在于低溫水熱炭化和炭熱還原焙燒相結合，獲得性能更優異的碳/蒙脫土復合材料。具有分散性好、熱穩定性高，良好的比表面積與吸附性能。

技術領域

本發明涉及一種纖維素復合插層蒙脫土，生物質炭/蒙脫土復合物的制備方法。屬于礦物與碳材料領域。

背景技術

自然界中粘土的存在量巨大，利用層狀粘土礦物結構特點開發性能各異產品的報道層出不窮。為了克服蒙脫土在應用中的表面極性大、易團聚等，實現蒙脫土的充分利用，對蒙脫土的復合改性一直是近年研究的熱點。生物質炭以其特殊的物理結構、豐富的表面性能和優良的生態環境效應等特點得到快速發展。為綜合不同種材料優勢，獲得性能更優異的碳/蒙脫土復合材料，發揮碳材料和蒙脫土協同效應，本發明申請提出采用炭化方法制備纖維素插層復合碳/蒙脫土新材料。

關于有機物插層蒙脫石制備無機有機復合物研究已有很多報道，如盧杰采用CTAB對膨潤土改性，所得有機膨潤土顆粒表面由親水性變為疏水性，可有效吸附去除水中的四氯化碳；Nihal等采用C₁₇H₃₅COONa和C₁₁H₂₃COONa兩種羧酸鹽改性蒙脫土，結果表明，兩種羧酸鹽改性劑均插層成功，很好的分散和插層于整個蒙脫土的片層間或吸附于表面等等。但現有技術主要針對粘土的插層剝離，以獲得粘土片層為主要目標，雖改良了表面性能，并沒有進行炭化處理，生物質炭的優異性能未被開發。

對于將有機物于礦物復合炭化也有相關報道，如Rui Zhang等用葡萄糖180℃水熱合成了炭/蒙脫石復合物，比表面積為19.7m²/g，對U(VI)的吸附20.76mg/g；Tie Li用葡萄糖和蒙脫石在180℃水熱合成復合物，對Cr(VI)的吸附達到156.25mg/g；LunhongAi用葡萄糖在180℃合成復合物，對亞甲基藍的吸附達到194.2mg/g。單純水熱法生成的生物質炭比表面積一般較小，一般在20m²/g左右，在蒙脫石表面形成碳及其炭化中間產物的復合物，碳的性能不能充分體現。

中國專利(CN104326470A)介紹了一種制備高比表面積微米級球形活性炭的方法。水熱處理后，在N₂保護下800℃高溫處理，制備出來的球形活性炭，比表面積可達1000m²/g。中國專利(CN105197928A)在H₂氛圍下加熱至800℃，得到比表面積可達4120m²/g的活性炭。以上方法雖得到較高的比表面積，但都需要氣氛保護，炭化后需要進一步活化，成本過高，且重復利用性較差。

生物質炭與蒙脫石的充分復合可以改善蒙脫石片層結構分散的穩定性。但單純的通過水熱法制備出的碳/蒙脫石復合物比表面積較小，炭化不徹底，為提高碳比表面積，實現蒙脫石片表面包覆熱解碳，均勻穩定，需對性能更優異的生物炭/粘土礦物復合新材料制備方法不斷創新。本申請提出采用超聲與水熱活化協同作用，超聲分散促進蒙脫石充分分散，使纖維素充分溶解，聚合的有機小分子充分解聚，水熱處理促進纖維素均勻復合在蒙脫石表面與層內外，并通過水熱反應，使纖維素分子炭化中間產物與蒙脫石表面結合，在充分反應與復合基礎上，對部分水熱炭化的復合物進行熱解炭化，最終獲得熱穩定性高，比表面積更大的碳/蒙脫石復合物新材料。比表面積可達160m²/g以上，對30mg/L濃度的亞甲基藍的吸附達到140mg/g以上。

發明內容

本發明提出一種更有利于獲得分散穩定性好、熱穩定性高、比表面積大的纖維素/蒙脫土復合物，并在此基礎上進一步炭化制備碳/蒙脫土復合物的方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的：