[發(fā)明專利]一種生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料、其合成方法及用途

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210016570.4
• 申請(qǐng)日: 2022-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN114259989A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司曉喜;李振杰;劉志華;陳永娟;何沛;劉春波;蔣薇;張鳳梅;朱瑞芝;蘇鐘璧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J31/26;B01J35/10;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/10
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 陳有業(yè);任永利

本發(fā)明公開了一種生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料及其合成方法和用途，合成方法包括以下步驟：(1)將生物質(zhì)原料進(jìn)行水熱反應(yīng)；(2)將生物質(zhì)原料在乙醇水溶液中浸泡；(3)將鎂鹽、鋁鹽、碳酸鈉混合制備懸濁液；(4)將生物質(zhì)原料放入懸濁液中浸泡和反應(yīng)；(5)冷卻洗滌烘干即得到所述的生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料。本發(fā)明的生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料的比表面積為430m²/g以上，孔容為0.90cm³/g以上；可用于吸附材料或催化劑材料的用途。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料的合成方法。

背景技術(shù)

水滑石具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，一般由Mg²⁺、Al³⁺或其它等價(jià)的金屬氫氧化物組成，是一種陰離子型層狀雙金屬氫氧化物。在水滑石的氫氧化物層中，如果Mg²⁺和Al³⁺被別的同價(jià)金屬離子取代所形成的化合物稱為類水滑石。水滑石和類水滑石具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在吸附、催化等領(lǐng)域被廣泛使用。水滑石和類水滑石之所以能成為優(yōu)良的吸附劑，主要在于其具有大的比表面積、可以調(diào)控的主體層板、可用于交換的層間陰離子即碳酸根離子和結(jié)構(gòu)不易受到破壞。自然界中存在的水滑石和類水滑石很少，大量水滑石只能通過人工合成的方法獲得。水滑石的合成方法主要有共沉淀法、反微乳液化法、剝離法、模板法、水熱法等。但是這些方法得到的材料往往都是粉末狀的，在實(shí)際使用中分離和使用困難，需附加后續(xù)的分離工序，這在一定程度上增加了應(yīng)用難度和使用成本。要解決這個(gè)問題的關(guān)鍵在于如何將這些粉體類水滑石材料負(fù)載于塊體的材料中形成固載型復(fù)合材料。

碳?xì)饽z是一種由交織的微孔和中孔組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體材料，因其具有低密度、大比表面積及孔隙率等獨(dú)特性質(zhì)，在過去的十多年中已經(jīng)在科研領(lǐng)域中引起了很大的關(guān)注。碳?xì)饽z的制備主要是將碳源凝膠經(jīng)過水熱處理使其碳化，然后由冷凍干燥得到氣凝膠。早期通常使用酚類和醛類為原料得到有機(jī)凝膠，通過隨后的CO₂超臨界干燥以及碳化得到碳?xì)饽z；但這種方法過程復(fù)雜、氣凝膠的結(jié)構(gòu)難以調(diào)控，而且對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求比較高，不利于大規(guī)模推廣。自然界中植物在生長過程中吸收CO₂，形成光合產(chǎn)物并作為生物能量固定貯存起來，成為碳含量最多的一種物質(zhì)，并且天然的生物組織材料往往具有獨(dú)特的、精細(xì)而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)又往往與其在某些方面的優(yōu)異性能相關(guān)，具有這種形貌的材料常常難以通過傳統(tǒng)的材料合成方法來獲得。因此，利用生物質(zhì)作為碳源，并將其作為模板是合成碳?xì)饽z材料是一個(gè)新型研究的方向。中國專利CN201810336386.1公開了一種生物質(zhì)炭纖維/層狀雙金屬氫氧化物吸附除磷材料，由該方法中的生物質(zhì)炭纖維是從生物質(zhì)中提取纖維素然后炭化形成。中國專利CN201410668490.2公開了一種三維層狀金屬氫氧化物納米片/石墨烯氣凝膠復(fù)合材料及制備方法，其中的石墨烯氣凝膠是由氧化石墨制得。

將粉末的水滑石或類水滑石材料負(fù)載于生物碳?xì)饽z上，不僅可以解決水滑石材料不易回收的問題，還可以利用天然生物組織獨(dú)特、精細(xì)而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來開發(fā)具有特殊功能的吸附材料或催化劑材料。本發(fā)明提出了一種生物質(zhì)材料合成生物碳?xì)饽z并負(fù)載水滑石材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種制備生物碳?xì)饽z并負(fù)載水滑石材料的方法，得到的生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料用于吸附水體中磷的效果明顯優(yōu)于普通水滑石材料；得到的生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料也可以用于催化材料的用途。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明第一方面公開了一種生物碳?xì)饽z負(fù)載水滑石材料的合成方法，包括以下步驟：

(1)將生物質(zhì)原料切成適宜大小的塊狀，然后在一定溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)；

(2)將步驟(1)水熱反應(yīng)后的固體材料在乙醇水溶液中浸泡一段時(shí)間直至溶液澄清；

(3)將一定量的鎂鹽、鋁鹽、碳酸鈉溶于水中，然后加堿調(diào)節(jié)pH值至11.5-12.5，得到乳白色懸濁液；