[發明專利]一種氮摻雜碳材料及其制備與在重金屬離子吸附中的應用

在審

• 申請號: 202110848500.0
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN115672267A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 王曄
• 申請（專利權）人: 無錫藍海工程設計有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種氮摻雜碳材料及其制備與在重金屬離子吸附中的應用，制備方法包括將多氨基苯鹽酸鹽與三氯化鐵混合后，在惰性氣體氛圍中煅燒，經后處理即得到所述的氮摻雜碳材料；其中多氨基苯鹽酸鹽中的氨基取代數目為3?5；所制備的氮摻雜碳材料可用于吸附水體中的鉛離子。與現有技術相比，本發明直接通過含氮有機物的一步煅燒制得多孔氮摻雜碳材料，無需模板劑及額外的刻蝕步驟，方法簡單，容易放大，并且所制備的多孔氮摻雜碳材料對重金屬離子，尤其是鉛離子的吸附量較高，具有較好的應用意義。

技術領域

本發明屬于重金屬離子吸附技術領域，涉及一種氮摻雜碳材料及其制備與在重金屬離子吸附中的應用。

背景技術

多孔碳材料具有很高的比表面積和孔隙率，物理性質及化學性質非常穩定，價格低廉，易于制備，再生過程簡單，因而在氣相、液相吸附，催化劑載體，以及超級電容器電極材料的領域得到廣泛應用。在多孔碳材料中引入氮、磷等雜原子，可以改變碳材料的晶格參數、表面化學勢能及表面親水性，增強其對特定離子的吸附能力。氮的摻雜往往通過兩種方式進行，其中之一是在碳材料制備之后，將其在氨氣氛圍煅燒，或者將其與其他含氮材料一起煅燒，從而制備氮摻雜碳材料。另一種方法是使用含氮物質作為前驅體，一步法進行氮摻雜碳材料的制備。第二種方法具有制備方法簡單、能耗較低等特點。

碳材料的一個重要應用是重金屬離子的吸附。隨著經濟的發展，重金屬污染等環境問題日益影響著人們的生活。重金屬對水體、土壤的污染嚴重影響人類、水生動植物的健康。通過吸附劑對特殊離子的特異性吸附能力，可以快速地將重金屬離子從水中移除，操作簡單、成本較低。中國專利申請CN2019113029335公開了一種通過對含氧有機物和含氮有機物混合物的煅燒，來進行氮氧共摻雜多孔碳材料的制備的方法，制得了含有5～25％氮氧的摻雜碳材料，該材料對鎳離子的去除率可以達到99％以上。該方法中，需要使用納米氧化物作為模板劑，成本較高，另外在煅燒之后，需要采取額外的刻蝕步驟將納米氧化物去除，也增大了環保風險以及生產成本。

發明內容

本發明的目的就是提供一種氮摻雜碳材料及其制備與在重金屬離子吸附中的應用，用于解決現有氮氧共摻雜多孔碳材料型鉛離子吸附劑制備方法繁瑣、環境危害風險高、生產成本高。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種氮摻雜碳材料的制備方法，包括：將多氨基苯鹽酸鹽與三氯化鐵混合后，在惰性氣體氛圍中煅燒，經后處理即得到所述的氮摻雜碳材料；

其中，所述的多氨基苯鹽酸鹽中，氨基取代數目為3-5，更進一步優選的，所述的多氨基苯鹽酸鹽為1,2,4-三氨基苯二鹽酸鹽。

進一步地，所述的混合為球磨混合，所用球磨料為直徑3-8mm氧化鋯球，球磨轉速為50-200rpm，球磨時間為20-30h。

進一步地，所述的煅燒中，煅燒溫度為600-1000℃，煅燒時間為1-10h。

進一步地，所述的多氨基苯鹽酸鹽與三氯化鐵的混合質量比為(1-10):1。

進一步地，所述的后處理依次包括酸性溶液洗滌、去離子水洗滌、干燥。

進一步地，所述的酸性溶液洗滌中，所用酸性溶液包括0.5-1.5M鹽酸。

一種氮摻雜碳材料，采用如上所述的方法制備而成，并可優選的作為吸附劑，用于水體中重金屬離子的吸附。

進一步地，所述的氮摻雜碳材料作為吸附劑，用于吸附鉛離子。

與現有技術相比，本發明具有以下特點：

1)本發明直接通過含氮有機物的一步煅燒制得多孔氮摻雜碳材料，無需模板劑及額外的刻蝕步驟，方法簡單，容易放大；

2)本發明所制備的多孔氮摻雜碳材料對重金屬離子，尤其是鉛離子的吸附量較高，具有較好的應用意義。

附圖說明