改進的碳化法制備的清污劑、制備方法及其應用技術

改進的碳化法制備的清污劑、制備方法及其應用，屬于功能性材料技術領域。該清污劑由洋蔥狀中空碳納米顆粒、碳包覆金屬鐵納米顆粒以及金屬鐵納米顆粒混合組成。制備方法：將Fe(NO3)3·(H2O)9和酚醛樹脂按質量比8∶3溶于無水乙醇，將乙醇晾干，按質量比86∶14將其與六次甲基四胺混合，超聲分散于丙酮中，蒸發掉丙酮后所得膠狀物在150℃固化4小時；固化后的產品在真空氣氛爐中炭化，通以氮氣保護，升溫速率1.5℃/min，升至500℃時保溫1h，升至700℃保溫1h，最后以2℃/min升溫到1000℃時保溫1h，最后冷卻。該清污劑用于水體中污染物的吸附時，所需時間短、不污染水質，可很方便的分離提取。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種清污劑，尤其涉及一種洋蔥狀中空碳納米吸附材料，能夠對水體中污染物進行快速得吸附及其磁性分離，屬于功能性材料

技術介紹
隨著全球工業生產的發展和社會經濟的繁榮，大量的工業廢水和城市生活廢水排入水體，水污染亦日趨嚴重，成了世界性的頭號環境治理難題。水中主要污染物主要有固體懸浮物、微生物、溶解無機物、重金屬、有機物、放射線粒子等。而廢水處理的主要方法有物理方法，化學方法以及生物方法。目前關于廢水處理的方法有著處理時間長，處理成本高，容易對水體造成二次污染等問題。自從Rouff和Tomita等人首先發現了碳包覆碳化斕的結構以來,碳包覆金屬納米顆粒(carbon-encapsulated metal nanoparticles,簡寫為 CEMNs),尤其是包覆磁性金屬晶的顆粒，已引起了全世界科學家們極大的興趣并開展了廣泛的研究工作。碳包覆金屬納米顆粒是一種新型的富勒烯結構納米復合材料，其中數層類石墨片層圍繞處于核心的納米金屬顆粒緊密排列，形成特殊的核殼結構。這一發現使得人們對碳包覆金屬納米材料的展開了大量的研究，發現它在電，磁，光，催化劑，醫學方面都有潛在的應用，并開展了一系列的制備工藝的研究，如電弧放電法，化學氣相沉積法，熱解法，炭化法，液相浸潰法，爆炸法等。特別是近幾年來，由于CEMNs所具備的許多的優秀的性質，越來越多的科學家對其開展了專門的研究，使之成為21世紀高新材料的的研究熱點，有望能在不久的將來能廣泛應用在工業與生活的多個領域中。洋蔥狀碳納米顆粒是C60及其他中空球分子發現不久后觀察到的一種超富勒烯碳結構，由數十層至數百層卷曲的類石墨碳層圍繞中心致密卷曲形成完整的球狀納米結構顆粒。由于它和碳包覆金屬納米顆粒有著類似的形貌結構和密切內在聯系，因此，對洋蔥狀碳納米顆粒的研究對于認識CEMNs的形貌轉變及形成機理是十分重要的。目前制備洋蔥狀碳納米顆粒的方法有電子束輻照，電弧放電，真空熱處理，化學氣相沉積，機械球磨法等。其形成的機理目前主要認為是碳鏈在一定條件下的由于懸掛鍵能及能量最小原理而自發卷曲機理，碳物質團聚生長機理以及汽液固(VLS)生長機理等。關于洋蔥狀碳納米材料的應用，目前主要集中在潤滑劑，鋰離子電池材料，儲氫材料，催化分離劑等方面。由于洋蔥狀碳納米顆粒和碳包覆金屬鐵納米顆粒混合物，由于前者具有多孔微結構，后者具有磁性分離特性，當用在對污水，重金屬離子的吸附分離處理方向，取得了不錯的效果。
技術實現思路
為了克服廢水處理時間長，處理成本高并且容易對水體造成二次污染的技術問題，本專利技術提供了一種清污劑，即一種新型的洋蔥狀碳納米吸附材料及其制備方法，該材料能夠在短時間內迅速吸附水體中的污染物，并且具有磁性分離的特點。本專利技術的一種清污劑，其特征在于，該清污劑由洋蔥狀中空碳納米顆粒、碳包覆金屬鐵納米顆粒以及金屬鐵納米顆粒相互混合組成。本專利技術上述清污劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將，Fe(NO3)3 · (H2O)9和酚醛樹脂溶于無水乙醇中，Fe(NO3)Z(H2O)i^P酚醛樹脂的質量比為8 3，在磁力攪拌機上攪拌4至6個小時，直到固體完全溶解，然后將乙醇完全晾干，所得的固體為深褐色的膠狀脆性固體；然后按照質量比為86 14將其與六次甲基四胺粉末充分混合，并分散于丙酮溶液中超聲30分鐘左右，繼續放進通風櫥中徹底蒸發掉丙酮，將所得的膠狀物在恒溫干燥箱中固化，固化溫度為150°C，持續4小時。固化后得到的蓬松狀固體均勻擺放在的坩堝中，送入真空氣氛爐中炭化，整個過程通以惰性氣體氮氣保護，升溫速率設定為1.5°C /min，當升至500°C時保溫I小時，然后以同樣的升溫速率升溫至700°C并保持I小時，最后以升溫速率為2V /min，升溫到1000°C時保溫lh，最后冷卻至室溫。在上述步驟中每8g的Fe (NO3) 3 · (H2O) 9優選對應200ml無水乙醇。本專利技術的清污劑用于水體中污染物吸附。用于水體中污染物能夠迅速吸附并且可以磁性分離。本專利技術制備的一種清污劑由洋蔥狀碳納米顆粒、碳包覆金屬鐵納米顆粒及金屬納米顆粒相混合的材料，由于洋蔥狀碳納米顆粒是一種超富勒烯碳結構，由數十層至數百層卷曲的石墨碳層圍繞中心致密卷曲形成完整的中空球狀納米結構顆粒，這種顆粒具有多孔微結構，能夠迅速吸附水中污染物。于此同時，混合物中的碳包覆金屬鐵納米顆粒具有磁性，使得這種材料在吸附污染物以后可以通過磁場很方便的分離出來，所制備的樣品能有效對重金屬離子，染料分子以及芳香族化合物進行吸附和分離，這在對于環境的水處理方面有著重要的潛在的應用。本專利技術的有益效果是，該清污劑可以在短時間內吸附水中的污染物，并且不污染水質，同時由于材料具有磁特性，可以很方便的分離提取。附圖說明圖I實施例I的產品清污劑的微觀結構圖；圖2實施例I的洋蔥狀碳納米顆粒的高倍透射電鏡圖。具體實施例方式實施例I將Sg的Fe(NO3)3 · (H2O)9^P 3g酚醛樹脂溶于200ml無水乙醇中，在磁力攪拌機上攪拌4至6個小時，直到溶液的固體完全溶解，然后將其倒入表面皿中在通風櫥完全晾干乙醇。所得的固體為深褐色的膠狀脆性固體。然后將其與六次甲基四胺粉末充分混合(六次甲基四胺粉末含量14wt. % )，并分散于丙酮溶液中超聲30分鐘左右，繼續放進通風櫥中徹底蒸發掉丙酮，將所得的膠狀物在恒溫干燥箱中固化，固化溫度為150°C，持續4小時。固化后得到的蓬松狀固體均勻擺放在的坩堝中，送入真空氣氛爐中炭化，整個過程通以惰性氣體保護，升溫速率設定為I. 5°C/min，當升至500°C時保溫I小時，然后以同樣的升溫速率升溫至700°C并保持I小時，最后以升溫速率為2V /min，升溫到1000°C時保溫lh，整個過程在氮氣保護環境下進行，最后冷卻至室溫此時。所制備的產品的微觀結構圖見圖1，，洋蔥狀碳納米顆粒的高倍透射電鏡圖見圖4將40mg樣品分散于試劑瓶中的中性紅水溶液中并搖晃數秒使其充分混合,模擬一個污染水源環境，把一塊磁體靠近試劑瓶右側時，溶液內的樣品顆粒由于磁性金屬的存在在迅速向外磁體靠近，又因為混合物中大量多孔結構的洋蔥狀碳納米顆粒有效對中性紅分子的吸附作用，使得污染水溶液馬上變得澄清。可見，所制備的樣品能有效對重金屬離子，染料分子以及芳香族化合物進行吸附和分離，這在對于環境的水處理方面有著重要的潛在的應用。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種清污劑，其特征在于，該清污劑由洋蔥狀中空碳納米顆粒、碳包覆金屬鐵納米顆粒以及金屬鐵納米顆粒相互混合組成的材料。

【技術特征摘要】
1.一種清污劑，其特征在于，該清污劑由洋蔥狀中空碳納米顆粒、碳包覆金屬鐵納米顆粒以及金屬鐵納米顆粒相互混合組成的材料。2.按照權利要求I所述的一種清污劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將Fe(NO3)3 * (H2O)9和酚醛樹脂溶于無水乙醇中，Fe (NO3)3 * (H2O)9和酚醛樹脂的質量比為8 3，在磁力攪拌機上攪拌4至6個小時，直到固體完全溶解，然后將乙醇完全晾干，所得的固體為深褐色的膠狀脆性固體；然后按照質量比為86 14將其與六次甲基四胺粉末充分混合，并分散于丙酮溶液中超聲30分鐘，徹...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李津，劉曉來，李情懷，趙東林，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：