[發明專利]一種花瓣狀三維納米碳材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011064024.5
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112158825B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 孫輝;李霄;賴小勇;王曉中;楊慶鳳
• 申請（專利權）人: 寧夏大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;B01J20/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明提供了一種花瓣狀三維納米碳材料及其制備方法，該花瓣狀三維納米碳材料由超薄納米片構成，比表面積高，表面吸附位點充分暴露。制備方法為：以1,2,4,5?均苯四甲酸二酐與對苯二胺作為單體，通過逐步聚合反應合成兩親性聚合物。以該兩親性聚合物作為前驅體，利用分子內環化反應誘導自組裝原位形成花瓣狀三維聚合物組裝體，此步驟可通過一鍋法實現，能夠大量制備。將該花瓣狀三維聚合物組裝體在惰性氣氛中碳化可繼承其結構特性，形成具有相似結構特征的花瓣狀三維納米碳材料。由于該花瓣狀三維納米碳材料由超薄碳納米片作為構筑單元形成，表面充分暴露，因此具有比表面積高、吸附位點充分暴露的特性，具備優異的吸附性能，能夠作為吸附材料使用。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，涉及一種花瓣狀三維納米碳材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步與工業時代的迅猛發展，環境污染問題變的日益嚴重。水是人類以及地球上各類動植物生存中不可或缺的，水體的健康對人類以及各類動植物的生存至關重要。因此，如何對水中的污染物進行合理且有效的處理一直以來都是非常緊迫而熱門的課題。水中的污染物多種多樣，但是對我們造成傷害最大的無疑是各類重金屬離子，如Cu²⁺、Hg²⁺、Cr²⁺等，這些污染物對于人類以及各種動植物的健康會產生致命的危害。

目前工業界中對于重金屬離子的處理方法主要分為電化學還原法與物理吸附法。電化學還原法能夠回收大多數的重金屬離子，但是對于金屬離子的濃度有一定的要求，當重金屬離子的濃度較低時電化學還原法無法發揮作用。此外，電化學還原過程伴隨著大量的能源消耗與副反應，對于企業而言面臨著巨大的壓力。由于高比表面積與發達的孔分布，納米碳材料是一種優良的物理吸附劑。受到科學家們的廣泛研究，并被實際應用于氣體與水體凈化。

碳材料一直處于迅猛發展的態勢，尤其對零維、一維與二維碳材料的研究。上述低維碳材料在水體凈化中面臨著嚴峻的問題，如容易團聚、不易去除、吸附效率低等問題。因此制備比表面積高、吸附位點充分暴露的三維納米碳材料具有重要的意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的主要目的在于提供一種花瓣狀三維納米碳材料及其制備方法，該花瓣狀三維納米碳材料由超薄碳納米片構成，并且納米片之間互相分離，并具有比表面積高、活性位點充分暴露的特性。所述的一種花瓣狀三維納米碳材料的制備方法快速便捷、節能環保、具有工業化生產的潛力。

為達到上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種花瓣狀三維納米碳材料，其特征在于：該花瓣狀三維納米碳材料由超薄碳納米片構成，并且納米片之間互相分離，并具有比表面積高、活性位點充分暴露的特性。

所述花瓣狀三維納米碳材料的比表面積高達540-900m²/g。

所述的一種花瓣狀三維納米碳材料的制備方法，其包括如下步驟：通過分子內環化反應誘導自組裝得到花瓣狀三維聚合物組裝體粉末，以花瓣狀三維聚合物組裝體粉末作為前驅體，在惰性氣氛中進行煅燒碳化，得到具有相似結構的花瓣狀三維納米碳材料。

其中，所述的花瓣狀三維聚合物組裝體粉末的制備方法包括如下步驟：將兩親性聚合物以25.0～100.0mg/mL的濃度溶于二甲基甲酰胺中，得到聚合物溶液，對該聚合物溶液進行熱處理，形成花瓣狀三維聚合物組裝體，待溶液冷卻后將花瓣狀三維聚合物組裝體進行離心，真空干燥，得到花瓣狀三維聚合物組裝體粉末。

在上述花瓣狀三維聚合物組裝體粉末的制備方法中，所述熱處理的溫度為160℃，熱處理時間為25-80分鐘。

在上述的花瓣狀三維納米碳材料的制備方法中，所述惰性氣體為氬氣、氫氣和氨氣中的一種或幾種；煅燒碳化溫度為600～1100℃；所述的花瓣狀三維聚合物組裝體由超薄聚合物納米片構成。

上述的花瓣狀三維納米碳材料可作為吸附材料得以應用。