[發明專利]一種氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110473677.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113003571A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 陳愛俠;謝亞平;衛瀟;田錚;關娟娟;王馨遠;王寧
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/34
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料的制備方法，該方法以海藻酸鈉為碳前體、無水碳酸鉀為活化劑、三聚氰胺為氮摻雜劑，通過一步法進行同步活化高溫熱解，制備得到氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料；本發明還公開了上述方法制備的氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料，以及在吸附水中雙酚A的應用。本發明通過一步法進行活化高溫熱解，使得活化劑和氮摻雜劑同時參與制孔過程，促進了多孔碳中孔道數量的增加以及孔徑的增大，提高了氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料的比表面積和孔體積，進而提高了其吸附性能；本發明制備的氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料對雙酚A的吸附容量高、吸附速率快，且穩定性強。

技術領域

本發明屬于環境應用型材料制備技術領域，具體涉及一種氮摻雜海藻酸鈉基多孔碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

雙酚A是一種典型的環境內分泌干擾物，廣泛用作聚碳酸酯塑料制造中的單體或用作環氧樹脂生產的中間體，在工業產品廣泛用于塑料容器，瓶子，玩具，醫療器械，餐具的制備。聚碳酸酯瓶中的雙酚A釋放速率在室溫下為0.20～0.79ng·h^-1，在沸騰水中的雙酚A釋放率高達室溫的55倍。由此可見，無論在何溫度下，塑料產品中雙酚A釋放到環境中已成為一個嚴重問題。因此，水中雙酚A的去除對于環境保護非常重要。目前，吸附法常被用于水中污染物的去除，但根據文獻報道，大多數吸附劑均存在吸附能力低、成本高、回收困難等問題，所以開發一種高效、低成本、可回收的吸附劑以去除廢水中的雙酚A是緊迫而重要的任務。

多孔碳材料由于其高致密的空隙結構、大的比表面積和相對較高的吸附能力而被認為是最有前途的吸附劑，用于去除各種污染物。近年來，隨著廢水成分的日益復雜，已研究開發了以多種不同碳源制備的多孔碳材料，然而，多數碳前體在碳化和活化過程中大多形成微孔碳，極大地限制了吸附速率。因此，為了提高吸附能力，迫切需要從合適的碳前體中開發出具有豐富孔結構的梯度多孔碳。

海藻酸鈉是從海帶或海藻中提取的天然多糖化合物，有研究將海藻酸鈉直接碳化得到富氧碳，用于超級電容器的制備，表現出良好的儲電性能，主要得益于其豐富的碳骨架和含氧官能團?；诖颂匦?，可將這種高溫碳化的海藻酸鈉應用于水環境中污染物的去除，一方面，碳骨架中的孔結構可吸附污染物，另一方面，其表面的含氧官能團又可以對污染物進行氧化還原降解。但直接碳化海藻酸鈉所制備的多孔碳，孔隙結構不夠發達，比表面積相對較小，若將其直接用于污染物的吸附，其吸附速率與吸附量不足以令人滿意。而根據很多研究表明，以化學活化法及雜原子摻雜改性方式制備的多孔碳材料，不僅可以有效改善直接碳化在孔隙及比表面積方面的不足，而且雜原子摻雜可使多孔碳材料表面親水官能團增加，提高其潤濕性，從而極大地提升多孔碳材料對污染的吸附能力。目前已有相關研究指出，通過活化劑和雜原子摻雜劑同時改善多孔碳材料性能的制備方法，所得到的雜原子摻雜多孔碳材料均具有發達的孔隙結構，和較強的污染物去除能力。