[發(fā)明專利]二維、氮摻雜納米多孔碳材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010399308.3
• 申請(qǐng)日: 2020-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN111533124A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳岸松;李威;蔡紅春;朱娟;鐘雪鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南鑫恒環(huán)境科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/30
• 分類號(hào): C01B32/30;C01B32/312
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種二維、氮摻雜納米多孔碳材料及其制備方法，該二維、氮摻雜納米多孔碳材料包含氮原子和納米多孔碳，氮原子摻雜在納米多孔碳中。其制備方法包括以下步驟：將六水合硝酸鋅和二甲基咪唑分別溶解于溶劑水中，混合攪拌，干燥得到前驅(qū)體ZIF?L；將前驅(qū)體ZIF?L與氯化鉀溶液混合，干燥，高溫碳化得到二維、氮摻雜納米多孔碳材料。本發(fā)明二維、氮摻雜納米多孔碳材料具有比表面積大、孔隙度高、吸附效果好、吸附速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速高效地吸附去除抗生素，具備較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明二維、氮摻雜納米多孔碳材料的制備方法具有操作簡便、所需原料種類少、合成簡單等優(yōu)點(diǎn)，符合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中規(guī)模化制備要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳材料領(lǐng)域，具體涉及一種二維、氮摻雜納米多孔碳材料及其制備方法。

背景技術(shù)

多孔碳材料憑借其大的比表面積、高孔隙度以及較高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于吸附、催化等領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)碳材料自身孔徑以及結(jié)構(gòu)無法精確設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)等限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。金屬有機(jī)骨架(MOFs)是一類由金屬離子或離子簇與有機(jī)配體自組裝形成的多孔性材料，具有孔隙率高、比表面積大、結(jié)構(gòu)多樣等特性。將MOFs材料煅燒獲得的碳材料，可在一定程度上保留MOFs材料結(jié)構(gòu)、孔徑方面的優(yōu)勢，使得MOFs衍生碳材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。但高溫煅燒過程也會(huì)引起MOFs結(jié)構(gòu)的改變，如骨架坍塌，材料燒結(jié)等，影響材料的性能。因而，對(duì)碳材料的修飾改性也尤為重要，可以通過雜原子摻雜(N、S等)、形貌調(diào)控等策略可進(jìn)一步改進(jìn)碳材料的性能，彌補(bǔ)材料的不足。ZIF-L作為ZIF系列的一種，有著較為特殊的二維片狀形貌以及可觀的含氮量，但形態(tài)結(jié)構(gòu)的低穩(wěn)定性使得ZIF-L煅燒后發(fā)生團(tuán)聚，燒結(jié)在一起，極大地弱化材料的孔隙度、比表面積等性能優(yōu)勢。因而，如何進(jìn)一步改進(jìn)煅燒過程以及對(duì)ZIF-L煅燒前的處理以獲得性能更高的碳材料，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性好、吸附性能好的二維、氮摻雜納米多孔碳材料，還提供了一種操作方便、合成簡單、原料種類少的氮摻雜納米多孔碳材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種二維、氮摻雜納米多孔碳材料，包含氮原子和納米多孔碳；所述氮原子摻雜在納米多孔碳中。

上述的二維、氮摻雜納米多孔碳材料，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述二維、氮摻雜納米多孔碳材料的比表面積為644.12m²/g～2195.57m²/g。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述的二維、氮摻雜納米多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將六水合硝酸鋅、二甲基咪唑分別溶解于溶劑水中，混合攪拌，干燥，得到前驅(qū)體ZIF-L；

S2、將步驟S1中的前驅(qū)體ZIF-L進(jìn)與氯化鉀溶液混合攪拌，干燥，得到氯化鉀混合的ZIF-L材料；

S3、將步驟S2中的氯化鉀混合的ZIF-L材料于氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫煅燒，得到二維、氮摻雜納米多孔碳材料。

上述的制備方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述六水合硝酸鋅與二甲基咪唑的摩爾比為1：8。

上述的制備方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，所述ZIF-L和氯化鉀的質(zhì)量比為200：149。

上述的制備方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟S1中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為100r/min～150r/min；所述攪拌的時(shí)間為4h。

上述的制備方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟S2中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為200r/min～300r/min；攪拌的時(shí)間為2h。

上述的制備方法，進(jìn)一步改進(jìn)的，步驟S3中，升溫速率為5℃/min，所述煅燒反應(yīng)完成后還包括以下步驟：對(duì)煅燒反應(yīng)完成后得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、離心和干燥。