專利名稱：改進(jìn)的碳化法制備的清污劑、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清污劑，尤其涉及一種洋蔥狀中空碳納米吸附材料，能夠?qū)λw中污染物進(jìn)行快速得吸附及其磁性分離，屬于功能性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，大量的工業(yè)廢水和城市生活廢水排入水體，水污染亦日趨嚴(yán)重，成了世界性的頭號(hào)環(huán)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(wú)機(jī)物、重金屬、有機(jī)物、放射線粒子等。而廢水處理的主要方法有物理方法，化學(xué)方法以及生物方法。目前關(guān)于廢水處理的方法有著處理時(shí)間長(zhǎng)，處理成本高，容易對(duì)水體造成二次污染等問(wèn)題。自從Rouff和Tomita等人首先發(fā)現(xiàn)了碳包覆碳化斕的結(jié)構(gòu)以來(lái),碳包覆金屬納米顆粒(carbon-encapsulated metal nanoparticles,簡(jiǎn)寫(xiě)為 CEMNs),尤其是包覆磁性金屬晶的顆粒，已引起了全世界科學(xué)家們極大的興趣并開(kāi)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(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料，其中數(shù)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(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)使得人們對(duì)碳包覆金屬納米材料的展開(kāi)了大量的研究，發(fā)現(xiàn)它在電，磁，光，催化劑，醫(yī)學(xué)方面都有潛在的應(yīng)用，并開(kāi)展了一系列的制備工藝的研究，如電弧放電法，化學(xué)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(lái)，由于CEMNs所具備的許多的優(yōu)秀的性質(zhì)，越來(lái)越多的科學(xué)家對(duì)其開(kāi)展了專門(mén)的研究，使之成為21世紀(jì)高新材料的的研究熱點(diǎn)，有望能在不久的將來(lái)能廣泛應(yīng)用在工業(yè)與生活的多個(gè)領(lǐng)域中。洋蔥狀碳納米顆粒是C60及其他中空球分子發(fā)現(xiàn)不久后觀察到的一種超富勒烯碳結(jié)構(gòu)，由數(shù)十層至數(shù)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(jié)構(gòu)顆粒。由于它和碳包覆金屬納米顆粒有著類似的形貌結(jié)構(gòu)和密切內(nèi)在聯(lián)系，因此，對(duì)洋蔥狀碳納米顆粒的研究對(duì)于認(rèn)識(shí)CEMNs的形貌轉(zhuǎn)變及形成機(jī)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(xué)氣相沉積，機(jī)械球磨法等。其形成的機(jī)理目前主要認(rèn)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(fā)卷曲機(jī)理，碳物質(zhì)團(tuán)聚生長(zhǎng)機(jī)理以及汽液固(VLS)生長(zhǎng)機(jī)理等。關(guān)于洋蔥狀碳納米材料的應(yīng)用，目前主要集中在潤(rùn)滑劑，鋰離子電池材料，儲(chǔ)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?；旌衔?，由于前者具有多孔微結(jié)構(gòu)，后者具有磁性分離特性，當(dāng)用在對(duì)污水，重金屬離子的吸附分離處理方向，取得了不錯(cuò)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服廢水處理時(shí)間長(zhǎng)，處理成本高并且容易對(duì)水體造成二次污染的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種清污劑，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(shí)間內(nèi)迅速吸附水體中的污染物，并且具有磁性分離的特點(diǎn)。本發(fā)明的一種清污劑，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。本發(fā)明上述清污劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將，F(xiàn)e(NO3)3 · (H2O)9和酚醛樹(shù)脂溶于無(wú)水乙醇中，F(xiàn)e(NO3)Z(H2O)i^P酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為8 3，在磁力攪拌機(jī)上攪拌4至6個(gè)小時(shí)，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(zhì)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(xù)放進(jìn)通風(fēng)櫥中徹底蒸發(fā)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(xù)4小時(shí)。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(gè)過(guò)程通以惰性氣體氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫速率設(shè)定為1.5°C /min，當(dāng)升至500°C時(shí)保溫I小時(shí)，然后以同樣的升溫速率升溫至700°C并保持I小時(shí)，最后以升溫速率為2V /min，升溫到1000°C時(shí)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(yōu)選對(duì)應(yīng)200ml無(wú)水乙醇。本發(fā)明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。本發(fā)明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(jié)構(gòu)，由數(shù)十層至數(shù)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(jié)構(gòu)顆粒，這種顆粒具有多孔微結(jié)構(gòu)，能夠迅速吸附水中污染物。于此同時(shí)，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(guò)磁場(chǎng)很方便的分離出來(lái)，所制備的樣品能有效對(duì)重金屬離子，染料分子以及芳香族化合物進(jìn)行吸附和分離，這在對(duì)于環(huán)境的水處理方面有著重要的潛在的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果是，該清污劑可以在短時(shí)間內(nèi)吸附水中的污染物，并且不污染水質(zhì)，同時(shí)由于材料具有磁特性，可以很方便的分離提取。


圖I實(shí)施例I的產(chǎn)品清污劑的微觀結(jié)構(gòu)圖；圖2實(shí)施例I的洋蔥狀碳納米顆粒的高倍透射電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I將Sg的Fe(NO3)3 · (H2O)9^P 3g酚醛樹(shù)脂溶于200ml無(wú)水乙醇中，在磁力攪拌機(jī)上攪拌4至6個(gè)小時(shí)，直到溶液的固體完全溶解，然后將其倒入表面皿中在通風(fēng)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(xù)放進(jìn)通風(fēng)櫥中徹底蒸發(fā)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(xù)4小時(shí)。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(gè)過(guò)程通以惰性氣體保護(hù)，升溫速率設(shè)定為I. 5°C/min，當(dāng)升至500°C時(shí)保溫I小時(shí)，然后以同樣的升溫速率升溫至700°C并保持I小時(shí)，最后以升溫速率為2V /min，升溫到1000°C時(shí)保溫lh，整個(gè)過(guò)程在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下進(jìn)行，最后冷卻至室溫此時(shí)。所制備的產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1，，洋蔥狀碳納米顆粒的高倍透射電鏡圖見(jiàn)圖
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將40mg樣品分散于試劑瓶中的中性紅水溶液中并搖晃數(shù)秒使其充分混合,模擬一個(gè)污染水源環(huán)境，把一塊磁體靠近試劑瓶右側(cè)時(shí)，溶液內(nèi)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?yàn)榛旌衔镏写罅慷嗫捉Y(jié)構(gòu)的洋蔥狀碳納米顆粒有效對(duì)中性紅分子的吸附作用，使得污染水溶液馬上變得澄清?？梢?jiàn)，所制備的樣品能有效對(duì)重金屬離子，染料分子以及芳香族化合物進(jìn)行吸附和分離，這在對(duì)于環(huán)境的水處理方面有著重要的潛在的應(yīng)用。
權(quán)利要求
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(quán)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(shù)脂溶于無(wú)水乙醇中，F(xiàn)e (NO3)3 * (H2O)9和酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為8 3，在磁力攪拌機(jī)上攪拌4至6個(gè)小時(shí)，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(zhì)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，徹底蒸發(fā)掉丙酮，將所得的膠狀物恒溫固化，固化溫度為150°C，持續(xù)4小時(shí)；固化后得到的蓬松狀固體送入真空氣氛爐中炭化，整個(gè)過(guò)程通以惰性氣體氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫速率設(shè)定為I. 5°C/min，當(dāng)升至500°C時(shí)保溫I小時(shí)，然后以同樣的升溫速率升溫至700°C并保持I小時(shí)，最后以升溫速率為2V /min，升溫到1000°C時(shí)保溫I小時(shí)，最后冷卻至室溫此時(shí)。
3.按照權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于，上述步驟中每8g的Fe(NO3) 3 ·出20)9對(duì)應(yīng)200ml無(wú)水乙醇。
4.將權(quán)利要求I的一種清污劑用于水體中污染物吸附。
全文摘要
改進(jìn)的碳化法制備的清污劑、制備方法及其應(yīng)用，屬于功能性材料技術(shù)領(lǐng)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?；旌辖M成。制備方法將Fe(NO3)3·(H2O)9和酚醛樹(shù)脂按質(zhì)量比8∶3溶于無(wú)水乙醇，將乙醇晾干，按質(zhì)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(fā)掉丙酮后所得膠狀物在150℃固化4小時(shí)；固化后的產(chǎn)品在真空氣氛爐中炭化，通以氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫速率1.5℃/min，升至500℃時(shí)保溫1h，升至700℃保溫1h，最后以2℃/min升溫到1000℃時(shí)保溫1h，最后冷卻。該清污劑用于水體中污染物的吸附時(shí)，所需時(shí)間短、不污染水質(zhì)，可很方便的分離提取。
文檔編號(hào)C02F1/28GK102908999SQ20111022231
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者李津, 劉曉來(lái), 李情懷, 趙東林 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)