[發明專利]殼聚糖基分層多孔碳材料的制備方法和在回收鎵中的應用

在審

• 申請號: 202011414927.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112520737A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 崔俊碩;李文康;李鑫竺;王月嬌;單煒軍;于海彪;婁振寧;熊英
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348;C22B58/00;C22B3/24
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明涉及殼聚糖基分層多孔碳材料制備方法及其在回收鎵中的應用。采用的技術方案是：所述的殼聚糖基分層多孔碳材料是以綠色的生物質材料殼聚糖作為碳源，選用氫氧化鉀作為活化劑，并將水熱碳化和化學活化方法巧妙結合，制備出高比表面積的三維分層多孔碳材料。本發明制備方法快速簡便，反應條件溫和，綠色無污染，制備出的復合材料不僅保留了原料中豐富的碳含量、結構多樣性和表面的大量官能團，而且可以解決其作為吸附劑在酸性條件下易溶解而不適用的問題。由于制備出的殼聚糖基分層多孔碳材料具有較高的比表面積，有效提高對稀散金屬鎵離子的吸附性能，具有實際應用性。

技術領域

本發明屬于鎵的有效回收材料制備技術領域，具體涉及一種殼聚糖基分層多孔碳材料的制備方法和在回收鎵中的應用。

背景技術

隨著科學技術的迅猛發展和人民生活水平的日益提高，我國對稀有金屬鎵的需求每日劇增，然而國內外仍沒有研究出鎵的特效萃取劑，通過回收、利用的鎵數量占總儲量的比例較小因此研究出一種從廢棄物中高效回收鎵的方法已經迫在眉睫。而目前提取鎵經常使用的方法在循環利用方面效果并不是很好，而且易造成環境污染，使用的試劑也比較昂貴。相比之下，吸附法由于具有成本低、設備所需要的要求低、多功能性、操作簡單以及可重復使用率高的優點，而被一致認為是從廢水中提取稀散金屬最有效的一種方法。目前人們廣泛使用的吸附劑一般有生物質材料、硅基材料和沸石等物質。

甲殼素是地球上僅次于纖維素的第二種最常見的聚合物，存在于螃蟹和蝦等甲殼類動物的外殼中。殼聚糖是從甲殼素中提取的一種天然氨基多糖，被認為是自然界中含量最豐富的有機材料之一，由于其天然來源和獨特的生物相容性、生物降解性、無毒性以及對金屬離子的螯合等特性，被廣泛應用于吸附領域。且選用綠色的生物質材料殼聚糖作為碳源時，巧妙結合水熱碳化和化學活化方法，可以制備出高比表面積的三維分層多孔碳材料，不僅保留了原料中豐富的碳含量、結構多樣性和表面的大量官能團，而且可以解決其作為吸附劑在酸性條件下易溶解而不適用的問題。然而所制備的微孔碳材料的孔利用率較低，而且會增加微孔吸附后的脫附難度。

發明內容

以綠色的生物質材料殼聚糖作為碳源，選用氫氧化鉀作為活化劑，并將水熱碳化和化學活化方法巧妙結合，制備出高比表面積的三維分層多孔碳材料。殼聚糖作為一種可再生的天然生物質材料，有低成本、高產率、環保、表面含有大量官能團等優點常常被人們所利用。但是由于殼聚糖這種物質在酸性溶液的環境下易溶解而限制其在水處理等方面的應用，而碳材料由于具有高比表面積，化學穩定性、優異吸附性等優點，常常被用作水處理中一種常用的吸附材料。以殼聚糖為原料制備出的碳質材料化學穩定性優異，可以解決其在酸性環境下易溶解而不適用的情況，并因此制備出高比表面積的分層多孔碳材料并應用于水溶液中稀散金屬鎵的吸附。

本發明是通過如下技術方案實現的：殼聚糖基分層多孔碳材料，所述的殼聚糖基分層多孔碳材料是以綠色的生物質材料殼聚糖作為碳源，選用氫氧化鉀作為活化劑，采用水熱碳化和化學活化方法制得的高比表面積的三維分層多孔碳材料。

上述的殼聚糖基分層多孔碳材料的制備方法，包括如下步驟：

1)加入蒸餾水和殼聚糖，充分攪拌后加入乙酸，持續攪拌至形成均勻的粘稠狀溶液后放入反應釜中進行水熱碳化，取出產物并進行洗滌、干燥過夜；

2)取步驟1)所得碳樣品粉末，與氫氧化鉀粉末混合研磨均勻后放置鎳坩堝中進行碳化，再用稀鹽酸和去離子水洗滌至中性，然后過夜干燥后得到殼聚糖基分層多孔碳材料。

上述的制備方法，步驟1)中，所述的水熱碳化為在200℃下恒溫保持2小時。

上述的制備方法，步驟2)中，所述的碳化是在600-800℃的氮氣氣氛下碳化2小時。

上述的制備方法，步驟2)中，按質量比，碳樣品粉末:氫氧化鉀粉末＝1:1～5。

上述的殼聚糖基分層多孔碳材料在回收鎵中的應用。