一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法。所述方法包括以下步骤：将低共熔溶剂的组分进行研磨，混合均匀后装入反应容器中，所述低共熔溶剂为糖源和氮源组成的二元组分；然后将该反应容器放入到聚四氟乙烯内衬中，往内衬中加入水，将内衬装入高压反应釜中密闭，在170‑190℃进行气相水热反应，反应结束待冷却后取出产物，洗涤，干燥后研磨得到氮掺杂碳吸附剂。与不添加尿素进行气相辅助水热制得的氮掺杂碳相比，本发明专利技术通过添加尿素进行气相辅助水热制得的氮掺杂碳对Cr(VI)离子的吸附量提高了0.33‑3.87倍。本发明专利技术采用蒸汽辅助水热法直接制备碳，得到的碳材料吸附性能好，不需要通过高温煅烧活化。

【技术实现步骤摘要】
一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法
本专利技术属于吸附剂
，具体涉及一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法。
技术介绍
铬化合物广泛应用于电镀、鞣革、印染等方面，然而废水中高含量的六价铬(Cr(VI))由于其致癌性引起了广泛的关注。因此将废水排放到环境前，需要将Cr(VI)的含量降低到符合安全标准。其中基于活性炭的吸附法以其简单、高效、可回收重金属等优点成为应用广泛的方法之一。以生物质为原料的水热碳化法由于过程简单、经济环保等优点受到广泛关注。尤其可以通过掺杂元素，增加重金属离子的吸附量。但直接水热碳化得到的碳材料存在比表面积低、空隙结构不发达等缺陷，需要高温煅烧活化以改善其孔结构。低共熔溶剂是两种或多种不同熔点的固体化合物按一定比例的混合，因其形成氢键作用力、范德华力和π-π作用力等使得晶格能下降、晶格结构破坏、熔点降低从而共熔。低共熔溶剂具有无毒、可生物降解、制备简单、价格低廉等突出特点(胡鹏程,江伟,钟丽娟.低共熔溶剂的应用研究进展[J].现代化工,2018,38(10):53-57.)。近年来，对碳材料引入其他元素进行改性的报道很多，例如，中国专利申请CN110496599A通过将钼源、硫源与吸附性载体和还原性碳源形成分散液进行水热反应，将硫元素、钼元素引入吸附剂表面，制得的复合吸附剂8h时对铅离子的最大吸附容量为180mg/g。中国专利申请CN110479212A通过水热反应使硅酸四乙酯在F127表面水解缩聚，然后煅烧去除F127后形成介孔硅，再将葡萄糖填充到介孔硅的孔道中，经碳化及除硅处理后即可得到无序介孔碳，其表面具有-OH、-COOH等丰富的官能团，对重金属离子Pb和Cu的吸附量分别达80.19mg/g和30.32mg/g。Lai等人以锆金属氧化物为前驱体，通过直接碳化和刻蚀工艺制备了掺氮碳纳米颗粒，然后采用原位聚合的方法在纳米颗粒表面生长聚苯胺，在pH＝1、Cr(VI)初始浓度为80mg/L时对Cr(VI)的最大吸附量达到198.04mg/g(YuxianLai,FeiWang,YimeiZhang,PingOu,PanpanWu,QingluFang,ZhuangChen,ShuaiLi.UiO-66derivedN-dopedcarbonnanoparticlescoatedbyPANIforsimultaneousadsorptionandreductionofhexavalentchromiumfromwastewater[J].ChemicalEngineeringJournal,2019,378,122069.)。综上，开发制备方法简单、条件温和、对重金属元素Cr(VI)具有优异吸附性能的低成本碳材料具有重要的科学意义和良好的应用前景。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足之处，本专利技术了提供一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，该方法制得的吸附剂可用于重金属元素Cr(VI)的吸附。本专利技术解决该技术问题采用以下的技术方案：将糖源和尿素研磨后进行气相辅助水热反应，一步制得对Cr(VI)离子具有较高吸附性能的氮掺杂碳吸附剂。通过添加尿素与糖源形成低共熔溶剂，显著提高了该吸附剂对废水中Cr(VI)离子的吸附量。与不添加尿素时制备的样品相比，添加尿素后制备的氮掺杂碳样品对Cr(VI)的吸附量提高了0.33-3.87倍。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，其特征在于包括以下制备步骤：将低共熔溶剂的组分进行研磨，混合均匀后装入反应容器中，然后将该反应容器放入到聚四氟乙烯内衬中，往聚四氟乙烯内衬中加入水，将聚四氟乙烯内衬装入高压反应釜中密闭，在170-190℃进行气相水热反应，反应结束待冷却后取出产物，洗涤，干燥后研磨得到氮掺杂碳吸附剂。进一步的，所述低共熔溶剂的二元组分为糖源和氮源。进一步的，糖源与氮源的质量比为1-6:1，优选为2-6:1，更优选为3-6:1。进一步的，所述糖源的质量份数为4-6份，水的体积份数为6份。进一步的，所述氮源为尿素；所述糖源为葡萄糖、果糖、蔗糖中的至少一种。进一步的，所述气相水热反应的时间为6-12h。进一步的，所述洗涤是指先用蒸馏水后用乙醇进行洗涤，所述干燥是在60℃下真空干燥9h。所述的制备步骤中，聚四氟乙烯内衬中的水不与反应容器内低共熔溶剂的组分直接接触，是通过将研磨后的低共熔溶剂组分放置在聚四氟乙烯内衬内的反应容器中，水置于反应容器外而实现。本专利技术中，1质量份：1体积份＝1g/mL。本专利技术还提供了一种由上述方法制得的氮掺杂碳吸附剂，该材料可以应用于吸附重金属Cr(VI)离子。将该氮掺杂碳吸附剂用于吸附Cr(VI)溶液中的Cr(VI)离子，Cr(VI)溶液初始浓度为300mg/L、初始pH为2.5。所述的氮掺杂碳吸附剂吸附Cr(VI)溶液的吸附平衡时间为250-540min、吸附量为62.91-192.44mg/g。与不添加尿素的样品相比，其吸附量提高了0.33-3.87倍。与现有技术相比，本专利技术具有以下主要的突出的效果：(1)与不添加尿素进行气相辅助水热制得的氮掺杂碳相比，通过添加尿素进行气相辅助水热制得的氮掺杂碳对Cr(VI)离子的吸附量提高了0.33-3.87倍。(2)采用蒸汽辅助水热法直接制备碳，得到的碳材料吸附性能好，不需要通过高温煅烧活化。附图说明图1～图7分别为实施例1～7中制备的样品对Cr(VI)的吸附动力学曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1(1)称量两组葡萄糖各4g，第一组称量尿素4g与葡萄糖研磨均匀后置于小玻璃瓶中，第二组直接将葡萄糖放入玻璃瓶中，将玻璃瓶分别转移高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，再分别取6mL蒸馏水加入到玻璃瓶外的内衬中，其中第一组葡萄糖与尿素的质量比为1:1；(2)将反应釜密封后放置在烘箱中，在180℃下反应6h，自然冷却至室温后，取出产物，先用蒸馏水洗涤后用乙醇进行洗涤，所得样品放入真空干燥箱(-0.09MPa)、60℃下干燥9h，干燥后研磨即得到两组所述的吸附剂样品，其中第一组引入尿素命名为GN-1，第二组未引入尿素命名为G-1。(3)将两组样品各取0.05g，分别加入到50mL、初始浓度为300mg/L、pH＝2.5的Cr(VI)溶液中，将烧杯置于磁力搅拌器中进行搅拌。样品GN-1在540min达到平衡，平衡时测得其吸附量为97.38mg/g；样品G-1在540min时达到吸附平衡，平衡时其吸附量为73.06mg/g，提高了0.33倍。实施例2(1)称量两组葡萄糖各6g，第一组称量尿素3g与葡萄糖研磨均匀后置于小玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，其特征在于包括以下制备步骤：/n将低共熔溶剂的组分进行研磨，混合均匀后装入反应容器中，所述低共熔溶剂为糖源和氮源组成的二元组分；然后将该反应容器放入到聚四氟乙烯内衬中，往聚四氟乙烯内衬中加入水，将聚四氟乙烯内衬装入高压反应釜中密闭，在170-190℃进行气相水热反应，反应结束待冷却后取出产物，洗涤，干燥后研磨得到氮掺杂碳吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，其特征在于包括以下制备步骤：
将低共熔溶剂的组分进行研磨，混合均匀后装入反应容器中，所述低共熔溶剂为糖源和氮源组成的二元组分；然后将该反应容器放入到聚四氟乙烯内衬中，往聚四氟乙烯内衬中加入水，将聚四氟乙烯内衬装入高压反应釜中密闭，在170-190℃进行气相水热反应，反应结束待冷却后取出产物，洗涤，干燥后研磨得到氮掺杂碳吸附剂。


2.根据权利要求1所述的一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，其特征在于，所述糖源与氮源的质量比为1-6:1。


3.根据权利要求1所述的一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的方法，其特征在于，所述氮源为尿素；所述糖源为葡萄糖、果糖、蔗糖中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种气相水热碳化低共熔溶剂制备氮掺杂碳吸附剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，罗锦璐，陈俊武，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44