[發明專利]一種聚三嗪碳材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210671809.1
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115285950A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 黃新華;童余祖笛;秦冬寅
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;C01B21/092;C02F1/469;C02F101/20
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 馬思瑤

本發明公開了一種聚三嗪碳材料的制備方法，包括以下步驟：將硫酸溶液加入水中攪拌均勻，然后加入2，6?二氨基吡啶和過渡金屬路易斯酸攪拌至溶解，再加入甲醛，常溫攪拌后離心濃縮，轉移至高壓釜反應，反應完成后升溫繼續反應，離心，烘干，得到半成品；將半成品在氮氣保護下升溫煅燒，用鹽酸溶液清洗，然后放水中索氏提取，烘干，得到聚三嗪碳材料。通過本發明工藝可制備成CDI電極材料，進而處理含重金屬離子的污染水，達到對特殊重金屬離子的選擇性吸?脫附。相較于傳統的電極材料氮摻雜的碳，本發明工藝可制備成CDI電極材料綠色、高效、低碳、可持續，在應對資源短缺、能源危機和環境惡化等重大挑戰方面發揮了重要的作用。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，更具體的說是涉及一種聚三嗪碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

重金屬污染是目前最嚴重的環境問題之一，已經引起了世界各國科學家高度重視，解決這個問題已迫在眉睫。通常水中重金屬以陽離子形式存在，因此可通過化學沉淀、電解、溶劑萃取、離子交換、膜分離或吸附法來處理，但不可避免存在二次污染、能源消耗過大等不利因素。相較于傳統的處理方法，近年來電容去離子(CDI)分離技術以其綠色、高效、低碳、可持續等優勢吸引著眾多研究者的目光，在應對資源短缺、能源危機和環境惡化等重大挑戰方面發揮了重要的作用。

CDI是一種純電容性工藝，其工作機制與超級電容器的儲能機制一樣，主要依靠工作電極表面形成的雙電層(EDL)實現對離子的電吸附，并且可以通過調控外部電壓來實現電極材料對污染物離子的脫附。

重金屬離子的CDI回收技術主要使用氮摻雜的碳作為電極材料，制備流程比較復雜。目前主要是針對鉛離子(Pb²⁺)的選擇性報道居多，吸附的Pb²⁺需要靠溶解劑脫除，產生的溶液會造成二次污染，提高實用成本，不具有普適性。并且處理的鉛離子溶液濃度也較低，無法大規模使用。

因此，如何研發一種CDI電極材料進而處理含重金屬離子的污染水，達到對特殊重金屬離子的選擇性吸-脫附是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種聚三嗪碳材料及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種聚三嗪碳材料，上述聚三嗪碳材料的結構通式如式I所示：

其中，M為Zn、Co、Mn或Fe，X為F、Cl、Br、I或At。

本發明還提供一種如上述聚三嗪碳材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硫酸溶液加入水中攪拌均勻，然后加入2，6-二氨基吡啶和過渡金屬路易斯酸攪拌至溶解，再加入甲醛，常溫攪拌后離心濃縮，轉移至高壓釜反應，反應完成后升溫繼續反應，離心，烘干，得到半成品；

(2)將半成品在氮氣保護下升溫煅燒，用鹽酸溶液清洗，然后放水中索氏提取，烘干，得到聚三嗪碳材料，上述如式I所示的聚三嗪碳材料的合成路線為：

本發明的有益效果是：通過本發明工藝可制備成CDI電極材料，進而處理含重金屬離子的污染水，達到對特殊重金屬離子的選擇性吸-脫附。相較于傳統的電極材料氮摻雜的碳，本發明工藝可制備成CDI電極材料綠色、高效、低碳、可持續，在應對資源短缺、能源危機和環境惡化等重大挑戰方面發揮了重要的作用。

進一步，上述步驟(1)過渡金屬路易斯酸為MnCl₂、CoCl₂、NiCl、ZnCl₂中的任一種。