[發(fā)明專利]一種超疏水超親油碳材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810330512.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108479701B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 院士杰;范皓翔;張佳佳;戴曉虎
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發(fā)明涉及一種超疏水超親油碳材料及其制備方法，(1)將瓦楞紙板置于粉碎機器中粉碎；(2)將粉碎的瓦楞紙板置于管式爐中在惰性氣氛的保護下進行碳化處理，即得到所述的以瓦楞紙板作為前體的超疏水超親油碳材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備得到的碳材料具有超疏水超親油的卓越性能，制備方法廉價易行，綠色環(huán)保，可擴展應(yīng)用，且所得碳材料能夠方便的噴涂于各種常見基底上面用于高效高選擇性油水分離，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料改性、吸附新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超疏水超親油碳材料及其制備方法。

背景技術(shù)

電子商務(wù)和快遞行業(yè)近年來的迅猛發(fā)展徹底改變了人們的生活和購物方式，與之相應(yīng)大量使用的瓦楞紙板類快遞包裝的高附加值資源化利用也面臨新的挑戰(zhàn)。根據(jù)國家郵政局發(fā)布的相關(guān)報告顯示，2016年全年我國快遞服務(wù)企業(yè)消耗的瓦楞紙板就達4600萬噸，大約相當于7200萬棵樹。人民日報的調(diào)查顯示，目前我國快遞業(yè)中瓦楞紙板的實際回收率不到10％，90％以上的快遞包裝瓦楞紙板仍然會成為城鎮(zhèn)生活垃圾，需靠消費者、清潔工和廢品回收人員處理，從而造成巨大的能源和資源浪費。因此，實現(xiàn)瓦楞紙板的綠色高附加值資源化利用具有重要的環(huán)境意義和實用價值。另一方面，在石油產(chǎn)品的開采、加工、運輸?shù)冗^程中也不斷有石油及其衍生物的泄露事件發(fā)生。石油及其衍生物的泄漏會惡化水體水質(zhì)、嚴重破壞生態(tài)、污染大氣并通過食物鏈危害人類健康。相對于氣浮、燃燒等處理方法，吸附法，通過具有吸附性能的親油疏水材料將油類物質(zhì)從油水混合物中分離處理并加以回收利用，是一種實現(xiàn)油水分離、消除油污泄漏危害的可持續(xù)性方法。因此，作為吸附方法的核心，選擇性親油疏水材料的研發(fā)是目前國內(nèi)外備受關(guān)注的重要課題.

超疏水超親油材料，是指與水的接觸角大于150o與油類物質(zhì)的接觸角小于10o的一類功能材料。這類材料能被油類物質(zhì)完全濕潤性而不能被水濕潤，因此被認為是實現(xiàn)油水分離的最佳選擇。但是目前在制備此類材料的過程中非環(huán)境友好甚至有毒的化合物的使用(如含氟化合物等)以及合成方法高昂的儀器成本和時間成本大大限制了此類材料的實際應(yīng)用。基于天然產(chǎn)物或各種廢棄物的超疏水材料的合成，由于其原料成本可控、制備方法相對簡單等優(yōu)點是近年來國內(nèi)外研究的熱點。但是這些方法或者原材料較難大規(guī)模收集、或者制備過程冗長、或者仍需要使用非環(huán)境友好甚至有毒的化合物等缺點，在一定程度上降低了它們的實用價值，因此研發(fā)廉潔易行且環(huán)境友好的超疏水超親油材料的合成方法具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低廉、綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的以瓦楞紙板作為前體的超疏水超親油碳材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種超疏水超親油碳材料的制備方法，采用以下步驟：

(1)將瓦楞紙板置于粉碎機器中粉碎；

(2)將粉碎的瓦楞紙板置于管式爐中在惰性氣氛的保護下進行碳化處理，即得到所述的以瓦楞紙板作為前體的超疏水超親油碳材料。

所述的瓦楞紙板包括未使用的和/或使用過的單瓦楞紙板、雙瓦楞紙板以及A、B、C、E或F型瓦楞紙板中的一種或多種。

所述的粉碎機器包括粉碎機、攪拌機、球磨機、破壁機、豆?jié){機、榨汁機、料理機、打粉機、磨粉機或研磨機。

所述的瓦楞紙板在粉碎機器中粉碎1min-10h。

步驟(2)中碳化處理的溫度為300-1000℃，時間為1-48h，采用的惰性氣氛為氮氣或氬氣。

作為優(yōu)選的實施方式碳化處理的溫度為550-650℃，時間為2-3h，當碳化溫度低于300℃，尤其是在低于550℃時無法使瓦楞紙板充分碳化從而表面無法形成大量的疏水親油基團，而當碳化溫度高于1000℃，尤其是在高于650℃時會造成瓦楞紙板中的碳酸鈣填充劑發(fā)生分解產(chǎn)生親水性的氧化鈣，從而降低所得碳材料的疏水性能。