[發(fā)明專利]一種多孔碳材料的制備方法及其應用

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112023879A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 嚴凱;楊直渝;胡地;張曼
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/30
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本發(fā)明屬于無機材料領域，具體涉及一種多孔碳材料的制備方法及其應用，包括以下步驟：S1.將農業(yè)固體廢物或生活垃圾粉碎；S2.按重量份計，取步驟S1得到的粉末，N源，造孔活化劑，模板劑P123以及乙醇混合得到混合液攪拌；S3.將步驟S2得到的混合液在160℃～180℃水熱反應，然后蒸干；S4.將步驟S3蒸干之后的固體在N₂氛圍下煅燒，以2～10℃/min的升溫速率，升溫至120～750℃，煅燒7～12h；S5.步驟S4煅燒完成后，冷卻至室溫，然后將煅燒后的固體研磨之后，溶入鹽酸溶液中，超聲2～4h；然后再用純水洗滌至中性，60～80℃真空烘干，即得。本發(fā)明獲得的多孔碳材料具有良好的同時吸附重金屬和抗生素的作用。

技術領域

本發(fā)明屬于無機材料領域，具體涉及一種多孔碳材料的制備方法及其應用。

技術背景

近年來我國為了保障人體健康與農業(yè)經濟的發(fā)展，廣泛的將各類抗生素應用于醫(yī)療行業(yè)、養(yǎng)殖行業(yè)與農業(yè)中。其中大部分的抗生素會以生活污水、醫(yī)療廢水、畜牧養(yǎng)殖廢水、水產養(yǎng)殖廢水等形式進入到水土壤環(huán)境中，嚴重的威脅了水土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡。其中，一部分抗生素進一步通過水循環(huán)、食物鏈等方式重新進入人體，對人體的生命健康造成危害。與此同時，由于我國冶煉行業(yè)、化工行業(yè)的高速發(fā)展，導致大量的重金屬離子被排入到水土壤環(huán)境中。其能與抗生素以同樣的方式進入人與生物體內，對人體和不同生物的生理系統(tǒng)造成不可逆的損害。因此，如何同時去除水土壤環(huán)境中的抗生素與重金屬，解決抗生素與重金屬的復合污染問題正逐漸成為環(huán)境治理的重點。

吸附法由于其運行操作簡單、成本低、無二次污染等優(yōu)勢而被廣泛的運用于水體中抗生素與重金屬的去除。其中，吸附劑的選擇是其關鍵所在。目前，最廣泛利用的吸附劑為活性碳，其吸附作用包括物理吸附與化學吸附。物理吸附能力取決于有效吸附位點(微、中孔結構)的數量。化學吸附能力取決于吸附劑表面功能官能團、雜原子的數量等。傳統(tǒng)方法制備的活性碳功能性官能團的數量較少，化學吸附能力較弱，以物理吸附為主。并且，其孔道分布不均勻，微、中空結構的占比有限，雖能有效吸附水體中抗生素與重金屬，但無法達到高效吸附。因此，如何有效調控活性碳的孔道結構使其具有高效的吸附能力，仍需不斷地技術改進。

我國每年都會產生大量的農業(yè)廢物與生活垃圾。其中，農業(yè)固體廢物與木質性生活垃圾的主要組成成分大多為纖維素、半纖維素、木質素等。目前主要處理的辦法是焚燒，如此不僅污染環(huán)境也造成了資源浪費。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中吸附劑的吸附能力不足，以及農業(yè)和生活廢物焚燒產生的環(huán)境污染以及資源浪費的問題，提供了一種多孔碳材料的制備方法及其應用。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.將農業(yè)固體廢物或生活垃圾粉碎至150～200目的粉末；

S2.按重量份計，取步驟S1得到的粉末0.3～1份，0.3～2份的N源，1～5份造孔活化劑，1～2份模板劑P123以及乙醇混合得到混合液攪拌24～48h，其中，乙醇的加入量為：按照每份步驟S1得到的粉末，加入18～25mL體積濃度為70％～80％的乙醇；

S3.將步驟S2得到的混合液在160～180℃條件下，水熱反應20～30h；然后再在60～80℃溫度下水浴蒸干；

S4.將步驟S3蒸干之后的固體在N₂氛圍下煅燒，以2～10℃/min的升溫速率，升溫至120～750℃，煅燒7～12h；

S5.步驟S4煅燒完成后，冷卻至室溫，然后將煅燒后的固體研磨之后，溶入濃度為1～2mol/L的鹽酸溶液中，超聲2～4h；然后再用純水洗滌至中性，60～80℃真空烘干，即得。