碳基功能材料及其製備方法
2023-10-18 11:50:14 1
碳基功能材料及其製備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及功能材料，具體是一種碳基功能材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]活性炭是一類具有大比表面積的黑色多孔的固體炭質材料，具有良好的吸附性能，但單一活性炭吸附材料，吸附在微孔中的物質不易脫附，限制其使用範圍。
[0003]CN 201310244705.3公開了一種由植物酸解渣製備活性炭吸附材料的方法，方法簡單、減低能耗，僅提高了單一吸附性能。
[0004]CN 201110223114.9公開了一種活性炭吸附裝置，包括多個活性炭過濾柱，可充分吸附雜質，僅提高了過濾效果。不同的吸附材料對吸附效果的影響較大，研究開發廉價高效的吸附材料勢在必行。
[0005]石墨烯具有二維碳片層結構，且強度高具有巨大的比表面積和密度小等特性，成為備受矚目的研究熱點，在吸附領域具有可觀的研究前景。
[0006]CN 201310304050.4公開了一種三維石墨烯氣凝膠，用於室內空氣淨化，吸附有毒氣體甲醛，綠色環保，但發明僅應用於室內空氣淨化處理，應用領域局限。
[0007]活性炭和石墨烯都是具有強吸附功能的環保的材料，目前研究開發的材料要麼僅為單一材料，吸附性能有限；要麼性能單一，僅具有吸附顆粒物性能、無法兼具吸附有毒有害氣體或水質淨化等性能。
【發明內容】
[0008]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供一種碳基功能材料及其製備方法，按照本發明方法製備的碳基功能材料具有良好的吸附性能，並且工藝簡單、高效、環保。
[0009 ]為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現:
一種碳基功能材料，所述的碳基功能材料以活性炭、石墨稀複合物為載體，以功能納米粒子作為填料負載在碳基材料表面或孔隙中，形成碳基材料裝載功能填料的複合結構。
[0010]—種碳基功能材料的製備方法，包括下述步驟:
(1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比進行真空攪拌混合，攪拌時長大於30分鐘，攪拌速度大於100轉每分鐘，直至其混合均勻；
(2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在130?200°C下水熱反應I?6h;
(3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經乾燥處理後，得到碳基功能材料的前驅物；
(4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理，最終製得權利要求1所述的碳基功能材料。
[0011]採用上述技術方案的本發明，與現有技術相比，具有以下優勢:
本發明碳基功能材料具有合理的孔隙結構，良好的吸附性能，機械強度高，易反覆再生等特點，可廣泛應用於有毒有害氣體的淨化，廢氣處理，殺菌抑菌，工業和生活用水的淨化處理等領域;與傳統的製備方法相比，本發明操作工藝簡單、高效，易於實現產業化生產及應用。
[0012]作為優選，本發明進一步的技術方案是:
步驟(I)所述的Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為0.2?3:0.06?1: 0.3?18:0.2?5.5:16?21:0.15?6.3進行混合。
[0013]步驟(I)所述的Zn粉為顆粒狀，目數大於400目，鋅含量大於90%;AgN03水溶液濃度為0.01?lmol/L; 1102水溶液的濃度為0.01-0.lmol/L;氧化石墨烯水溶液質量濃度為0.05-5%;活性炭粒徑大於300目，比表面積大於800mVg。
[0014]步驟(I)所述的表面活性劑為水溶性表面活性劑。
[0015]水溶性表面活性劑為吐溫80、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇、烷基糖苷、椰油酸二乙醇醯胺、十二烷基苯磺酸鈉其中一種或幾種。
[0016]步驟(3)中乾燥處理工藝為加熱乾燥或真空冷凍乾燥。
[0017]加熱乾燥溫度為40?90°C，乾燥時間為I?60 h。
[0018]真空冷凍乾燥溫度為-50°030°C，乾燥時間為10?60 h，真空度IPa?300Pa。
[0019]步驟(4)中的煅燒處理工藝為在氮氣或氬氣保護條件下，溫度為400°01200°C，恆溫時間為0.5?6 ho
【具體實施方式】
[0020]以下結合實施例對本發明進行詳細說明，但實施例對本發明不做任何形式的限定。
[0021]實施例1:
一種碳基功能材料的製備方法，按如下步驟進行:
(1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為0.2: 0.06: 0.3: 0.2: 16: 0.15進行真空攪拌混合，攪拌時長35分鐘，攪拌速度110轉每分鐘，直至其混合均勻；
(2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在130°C下水熱反應5h;
(3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經加熱乾燥(溫度為40°C，乾燥時間為68 h)後，得到碳基功能材料的前驅物；
(4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理工藝，在氮氣混合氣保護條件下，溫度為4000C，恆溫時間為5.5 h後，最終製得碳基功能材料。
[0022]實施例2:
一種碳基功能材料的製備方法，按如下步驟進行:
(1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為1: 0.1: 5: 2.5: 18: 1.5進行真空攪拌混合，攪拌時長40分鐘，攪拌速度150轉每分鐘，直至其混合均勻；
(2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在150°C下水熱反應3.5h;
(3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經加熱乾燥(溫度為50°C，乾燥時間為48 h)後，得到碳基功能材料的前驅物；
(4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理工藝，在氮氣混合氣保護條件下，溫度為800°C，恆溫時間為3 h後，最終製得碳基功能材料。
[0023]實施例3:
一種碳基功能材料的製備方法，按如下步驟進行:
(1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為2: 0.5: 10: 4.5: 19: 4.5進行真空攪拌混合，攪拌時長40分鐘，攪拌速度150轉每分鐘，直至其混合均勻；
(2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在160°C下水熱反應3.5h;
(3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經加熱乾燥(溫度為70°C，乾燥時間為24 h)後，得到碳基功能材料的前驅物；
(4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理工藝，在氬氣混合氣保護條件下，溫度為600°C-400°C，恆溫時間為4.5 h後，最終製得碳基功能材料。
[0024]實施例4:
一種碳基功能材料的製備方法，按如下步驟進行:
(1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為3:1: 18: 5.5: 21: 6.3進行真空攪拌混合，攪拌時長45分鐘，攪拌速度160轉每分鐘，直至其混合均勻；
(2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在180°C下水熱反應1.5h;
(3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經真空冷凍乾燥(溫度為-50 °C?30 °C，乾燥時間為10-60 h，真空度IPa?300Pa)後，得到碳基功能材料的如驅物；
(4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理工藝，在氬氫混合氣保護條件下，溫度為10000C，恆溫時間為1.5 h後，最終製得碳基功能材料。
[0025]上述實施例1-4製備的碳基功能材料，是以活性炭、石墨烯複合物為載體，以功能納米粒子作為填料負載在碳基材料表面或孔隙中，碳基功能材料結構是碳基材料裝載功能填料的複合結構。
[0026]以上僅是本發明專利的優選實施方式，應當指出，儘管參照優選實施例對本發明專利作了詳細說明，對於本領域的普通技術人員來說，可以對本發明專利的技術方案進行若干改進和潤飾，但不脫離本發明專利技術方案的實質和範圍，這些改進和潤飾也視為本發明專利的保護範圍。
【主權項】
1.一種碳基功能材料，其特徵在於:所述的碳基功能材料以活性炭、石墨稀複合物為載體，以功能納米粒子作為填料負載在碳基材料表面或孔隙中，形成碳基材料裝載功能填料的複合結構。2.—種如權利要求1所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於，包括下述步驟: (1)將Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比進行真空攪拌混合，攪拌時長大於30分鐘，攪拌速度大於100轉每分鐘，直至其混合均勻； (2)將步驟(I)得到的混合溶液置於密閉反應釜中，在130?200°C下水熱反應I?6h; (3)取出步驟(2)反應完成並冷卻後的混合液，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經乾燥處理後，得到碳基功能材料的前驅物； (4)將步驟(3)得到的前驅物經煅燒處理，最終製得權利要求1所述的碳基功能材料。3.根據權利要求2所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:步驟(I)所述的Zn粉、AgNO3水溶液、T12水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比為0.2?3:0.06-1:0.3-18:0.2-5.5:16-21:0.15-6.3 進行混合。4.根據權利要求2所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:步驟(I)所述的Zn粉為顆粒狀，目數大於400目，鋅含量大於90%;AgN03水溶液濃度為0.01?lmol/L;Ti02水溶液的濃度為0.01-0.lmol/L;氧化石墨烯水溶液質量濃度為0.05?5%;活性炭粒徑大於300目，比表面積大於800m2/g。5.根據權利要求2所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:步驟(I)所述的表面活性劑為水溶性表面活性劑。6.根據權利要求5所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:水溶性表面活性劑為吐溫80、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇、烷基糖苷、椰油酸二乙醇醯胺、十二烷基苯磺酸鈉其中一種或幾種。7.根據權利要求2所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中乾燥處理工藝為加熱乾燥或真空冷凍乾燥。8.根據權利要求7所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:加熱乾燥溫度為40?90°C，乾燥時間為I?60 ho9.根據權利要求7所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:真空冷凍乾燥溫度為-50°030°C，乾燥時間為10?60 h，真空度IPa?300Pa。10.根據權利要求2所述的碳基功能材料的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中的煅燒處理工藝為在氮氣或氬氣保護條件下，溫度為400°01200°C，恆溫時間為0.5?6 h。
【專利摘要】本發明涉及一種碳基功能材料及其製備方法。碳基功能材料以活性炭、石墨烯複合物為載體，以功能納米粒子為填料負載在碳基材料表面或孔隙中，形成碳基材料裝載功能填料的複合結構。製備方法：將Zn粉、AgNO3水溶液、TiO2水溶液、氧化石墨烯水溶液、活性炭、表面活性劑按固含量質量比真空攪拌，混合均勻；將混合液置於密閉反應釜中，在130~200℃下水熱反應1?6 h取出，經過濾、離心工藝進行固液分離，分離後的固體經乾燥處理得到碳基功能材料的前驅物；前驅物經煅燒處理最終製得碳基功能材料。本發明碳基功能材料具有合理的孔隙結構，良好的吸附性能，可用於有毒有害氣體的淨化，廢氣處理，殺菌抑菌，工業和生活用水淨化處理。
【IPC分類】B01J20/30, B01J20/20
【公開號】CN105709689
【申請號】CN201610122985
【發明人】吳洪鵬, 孟英, 侯林豔, 王建華, 李小莉
【申請人】唐山建華科技發展有限責任公司