[發明專利]一種鐵碳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110284620.2
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112960726A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李夢醒;周楊楊;張曉峰;吳澤;韓召
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/461;C02F1/70;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/20;C02F101/22;C02F101/10
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 于婉萍

1.一種鐵碳復合材料，其特征在于：以碳顆粒為載體，鐵顆粒團簇為負載物；其中的鐵顆粒為核殼結構，內核為納米尺度的單質鐵，外殼為納米厚度的四氧化三鐵；其中的碳顆粒為類球狀，粒徑為微米級；鐵碳復合材料的外表面包覆一層能隔絕空氣的水溶性薄膜。

2.根據權利要求1所述的一種鐵碳復合材料，其特征在于：所述碳顆粒的粒徑為0.3～20μm，鐵顆粒的粒徑為50～200nm，四氧化三鐵的殼層厚度為1～10nm；鐵碳復合材料中鐵顆粒與碳顆粒的摩爾比為1:0.2～1:10，水溶性薄膜占鐵碳復合材料總質量的0.05～0.5％。

3.一種如權利要求1或2所述的鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將碳顆粒、鐵鹽和粘結劑混合均勻、造粒、干燥、篩分，得到制備鐵碳復合材料的前驅體；

步驟二，將步驟一中所得前驅體放入加熱爐內，在惰性氣氛中進行保溫處理，然后冷卻至常溫；

步驟三，向步驟二的產物中加入成膜劑溶液，進行攪拌、過濾、干燥，制備得到鐵碳復合材料。

4.根據權利要求3所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟二中，加熱爐中前驅體的鋪粉厚度為1～30mm；惰性氣體采用氮氣、氬氣中的一種，惰性氣體在加熱爐內的分壓大于等于90％；升溫速率為5～20℃/min，保溫溫度控制為600～1000℃，保溫時長為15～240min。

5.根據權利要求4所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟二中，當溫度低于200℃時，升溫速率控制為5～9℃/min；當溫度高于200℃時，升溫速率控制為10～20℃/min。

6.根據權利要求3所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟一中，加入的鐵鹽和碳顆粒的比例為鐵和碳的摩爾比為1:1.2～1:11；粘結劑的用量為鐵碳復合材料總質量的1～10％。

7.根據權利要求3-6中任一項所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟一中，造粒粉粒徑為1～30μm；干燥時長為2～4h；步驟三中，所加成膜劑的濃度為0.1～2％，攪拌時長為0.5～1.5h，干燥溫度為40～60℃，干燥時長為2～4h，干燥方式為真空干燥。

8.根據權利要求3～6中任一項所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟一中，所述鐵鹽采用硫酸亞鐵、碳酸亞鐵、氫氧化鐵、硝酸鐵、草酸亞鐵、草酸鐵、檸檬酸鐵、醋酸鐵中的任一種或多種；碳顆粒采用煤粉、活性炭、炭黑、石墨粉中的任一種或多種；所述粘結劑采用硬脂酸、甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任一種或多種組合。

9.根據權利要求3～6中任一項所述的一種鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于：步驟三中，所述成膜劑采用聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸鈉、聚氧化乙烯、聚乙二醇、淀粉、黃原膠、瓜爾豆膠中的任一種。

10.根據權利要求1～9中任一項所述的一種鐵碳復合材料的應用，其特征在于：將制備得到的鐵碳復合材料投入含有重金屬的水體中去除重金屬，其中，重金屬元素包括但不限于鉛、鎘、鉻、汞、銅、鋅、鎳、鈷、砷、硒、碲、鉈中的任一種或多種。