一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺复合材料及其制备方法和应用，所述方法具有低成本且简单有效，通过三聚氰胺和层状双羟基化合物M

【技术实现步骤摘要】
一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于环境保护材料领域，涉及一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺复合材料及其制备方法和在重金属离子吸附方面的应用。
技术介绍
工业废水中的铅离子(Pb2+)对动植物会产生严重的危害，废水中铅离子的去除方法主要有渗透、离子交换、化学沉淀、混凝絮凝、膜分离及吸附等，吸附法因其成本低廉、操作简单而备受关注。二维层状双羟基化合物(LDHs)是一种广泛应用于废水处理的半导体材料，由于其层间空间大、具有大量的可交换阳离子，可通过离子交换效应快速去除水中的重金属离子。虽然已有研究将LDHs用于水中Pb2+的吸附，但这种材料的吸附容量仍远低于其他吸附剂，如EDTA改性生物材料、功能化石棉纳米管等。石墨片和碳纤维是常用的柔性碳材料，同时，主体的碳材料是潜在的吸附剂材料。通常，通过吸附或撇去浮沫的方法去除污染物(金属或染料)。但吸附材料和污染物不能以经济且实用的方法回收利用。最近，三聚氰胺基材料由于其低成本，低密度，高孔隙率，良好弹性，阻燃性和环境友好性等突出特性而受到了极大的关注。
技术实现思路
本专利技术提供一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(a)将二价金属M1酸盐、三价金属M2酸盐、尿素和三聚氰胺混合，水热反应，制备得到层状双金属氢氧化物覆盖的三聚氰胺MF/M1M2-LDHs；(b)将步骤(a)的MF/M1M2-LDHs进行高温退火，制备得到层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料CMF/M1M2-LDHs；其中，二价金属M1可以是钴、镍或镁，三价金属M2可以是铝或铁。根据本专利技术，步骤(a)中，所述二价金属M1酸盐例如可以是硝酸钴、硝酸镍或硝酸镁，例如为硝酸钴，如六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)；所述三价金属M2酸盐例如可以是硝酸铝、硝酸铁，例如为硝酸铝，如九水合硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)。根据本专利技术，步骤(a)中，所述三聚氰胺优选剪切成小块，例如尺寸为3.3×3.3×3cm大小的块状后再与二价金属M1酸盐、三价金属M2酸盐、尿素混合。根据本专利技术，步骤(a)中，所述二价金属M1酸盐和三价金属M2酸盐的摩尔比为(2-5)：1，例如为3:1。根据本专利技术，步骤(a)中，所述三价金属M2酸盐与尿素的摩尔比为1：(5-15)，例如为1:10。根据本专利技术，步骤(a)中，所述三价金属M2酸盐与三聚氰胺的摩尔比为1：(0.5-1.5)，例如为1:0.98或1:1。根据本专利技术，步骤(a)中，水热反应体系中，所述二价金属M1酸盐与水的摩尔体积比为(5mmol):(20-100mL)，例如为(5mmol):(50mL)。根据本专利技术，步骤(a)中，所述混合例如是经搅拌后实现混合，所述搅拌的时间例如为30分钟-2小时，例如为1小时，经水热反应可以原位聚合制备得到层状双金属氢氧化物覆盖的三聚氰胺，经水热反应后，优选先经后处理步骤，所述后处理步骤包括离心、用去离子水和乙醇洗涤、真空干燥箱中干燥等步骤。根据本专利技术，步骤(a)中，所述水热反应的温度为100-180℃，所述水热反应的时间为6-12小时，例如，所述水热反应的温度为130℃，所述水热反应的时间为8小时。根据本专利技术，步骤(a)中具体包括如下步骤：将Co(NO3)2·6H2O(5mmol)，Al(NO3)3·9H2O(1.66mmol)、尿素(16.66mmol)和三聚氰胺(1.63mmol)混合于50mL去离子水中并持续搅拌1小时，得到混合体系，将得到的混合体系在带有特氟龙衬里的不锈钢高压釜中在130℃下加热8小时，将所得的层状双金属氢氧化物覆盖的三聚氰胺MF/M1M2-LDHs离心，用去离子水和乙醇洗涤多次，然后在60℃的真空干燥箱中干燥。根据本专利技术，步骤(b)中，所述的高温退火的温度为450-650℃，所述的高温退火的时间为1-5小时，示例性地，所述的高温退火的温度为550℃，所述的高温退火的时间为2小时。根据本专利技术，步骤(b)中，所述的高温退火在管式炉中进行，且所述的高温退火在高纯度氮气气流下进行，所述高温退火的加热速率为3-10℃/min，例如为5℃/min，高温退火条件下有利于三聚氰胺转化为多孔碳化的三聚氰胺。本专利技术还提供一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料，所述复合材料包括层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺，所述层状双羟基化合物覆盖在多孔碳化三聚氰胺表面，所述层状双羟基化合物为M1M2-LDHs，其中M1为二价金属、M2为三价金属，优选二价金属M1选自钴、镍或镁，三价金属M2选自铝或铁。根据本专利技术，所述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料中，所述二价金属M1原子所占的原子百分比at为3％-8％，例如为4.74％，所述三价金属M2原子所占的原子百分比为10％-20％，例如为15.93％。根据本专利技术，所述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料中，比表面积为60-100m2/g，例如为65m2/g。根据本专利技术，所述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料中，孔径为5-15nm，例如为9.3nm。根据本专利技术，所述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料是通过上述方法制备得到的。本专利技术还提供上述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料在重金属离子吸附方面的应用。根据本专利技术，所述金属离子为重金属离子，如Pb2+。本专利技术还提供一种吸附金属离子的方法，所述方法包括将上述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料与含有金属离子的水溶液混合。根据本专利技术，含有金属离子的水溶液的pH范围为4-10。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料及其制备方法和应用，所述方法具有低成本且简单有效，通过三聚氰胺和层状双羟基化合物M1M2-LDHs原位聚合得到的复合材料(CMF/M1M2-LDHs)具有柔韧且疏水性能。制备的层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料在较宽pH范围(pH范围为4-10)内对水溶液中重金属离子Pb2+具有优异的吸附性能。因此，所述层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料在环境修复工作中具有广阔的应用前景。且所述三聚氰胺材料密度较低，孔隙率更高，在应用于吸附材料时具有更为优异的性能表现。附图说明图1为实施例1和对比例1-2制备得到产品的制备工艺流程图、SEM和TEM电镜照片。图2为实施例1和对比例1-2制备得到产品对水中Pb2+的吸附曲线。图3为实施例1制备得到产品的XRD谱图。图4为实施例1制备得到产品的红外谱图。具体实施方式下文将结合具体实施例对本专利技术的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均涵盖在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：/n(a)将二价金属M

【技术特征摘要】
1.一种层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
(a)将二价金属M1酸盐、三价金属M2酸盐、尿素和三聚氰胺混合，水热反应，制备得到层状双金属氢氧化物覆盖的三聚氰胺MF/M1M2-LDHs；
(b)将步骤(a)的MF/M1M2-LDHs进行高温退火，制备得到层状双羟基化合物与多孔碳化三聚氰胺的复合材料CMF/M1M2-LDHs；
其中，二价金属M1可以是钴、镍或镁，三价金属M2可以是铝或铁。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)中，所述二价金属M1酸盐例如可以是硝酸钴、硝酸镍或硝酸镁，例如为硝酸钴，如六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)；所述三价金属M2酸盐例如可以是硝酸铝、硝酸铁，例如为硝酸铝，如九水合硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)。
优选地，步骤(a)中，所述三聚氰胺优选剪切成块状，例如尺寸为3.3×3.3×3cm大小的块状后再与二价金属M1酸盐、三价金属M2酸盐、尿素混合。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(a)中，所述二价金属M1酸盐和三价金属M2酸盐的摩尔比为(2-5)：1，例如为3:1。
优选地，步骤(a)中，所述三价金属M2酸盐与尿素的摩尔比为1：(5-15)，例如为1:10。
优选地，步骤(a)中，所述三价金属M2酸盐与三聚氰胺的摩尔比为1：(0.5-1.5)，例如为1:0.98或1:1。
优选地，步骤(a)中，水热反应体系中，所述二价金属M1酸盐与水的摩尔体积比为(5mmol):(20-100mL)，例如为(5mmol):(50mL)。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤(a)中，所述水热反应的温度为100-180℃，所述水热反应的时间为6-12小时，例如，所述水热反应的温度为130℃，所述水热反应的时间为8小时。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤(a)中具体包括如下步骤：
将Co(NO3)2·6H2O，Al(NO3)3·9H2O、尿素和三聚氰胺混合于去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：周惠琼，库马雷桑·安布，李彦勋，纳菲斯·艾哈迈德，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11