本發(fā)明屬于材料制備領域，尤其是涉及到高比表面積材料的制備以及制備過程中的循環(huán)利用
背景技術：
：高比表面積的碳材料一直是材料科學和環(huán)境科學研究的重要方向，在催化負載、電池能源、環(huán)境水體中污染物的吸附去除等研究領域具有重要的潛在應用價值。傳統(tǒng)的生物碳、木炭、煤灰等碳材料雖然廉價但比表面積不夠高，而活性炭制備過程中所用的活化劑大多難以重復利用。而一些新型的高比表面積材料(如石墨烯、類石墨烯材料，金屬有機骨架等)，原材料成本、制備成本昂貴，制備過程會產(chǎn)生了大量的廢棄物廢液；而且在水體中易團聚、易坍塌等不穩(wěn)定性，極大地限制了這些材料在實際環(huán)境中的應用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物材料是一種廉價豐富的生物質原料，本發(fā)明所用的甘蔗渣就是一種豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物資源，從全世界范圍來看，中國在2007年產(chǎn)生了1.14億噸，而印度則年均產(chǎn)生了2.7億噸甘蔗渣。如何充分利用這些廢棄生物材料制備出具有高性能、高經(jīng)濟附加值并且能夠應用的碳材料成為重要的研究方向。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，即利用現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)廢棄物——甘蔗渣，通過一步活化碳化制備得到超高比表面積的碳材料。該材料的比表面積可達1500～3000m2/g，并且具有豐富的微孔和中孔結構，其分子結構為類石墨烯結構，并且在水體中能夠穩(wěn)定存在，對芳香性有機污染物的吸附去除效果極好。本發(fā)明的目的通過以下技術手段實現(xiàn)：該超高比表面積吸附材料，是以甘蔗渣為原料，與金屬氯化合物混合共熱后在經(jīng)過高溫熱解得到吸附材料，吸附材料具有微孔和中孔結構且片層結構為單層的石墨烯結構。本發(fā)明的另一目的在于提供一種超高比表面積吸附材料的制備方法，利用fecl3的插層和催化石墨化、以及zncl2的造孔活化作用，共同碳化得到超高比表面積碳材料。其具體步驟如下：取去皮甘蔗與fecl3和zncl2水浴共熱，干燥后，在保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，冷卻之后再用酸去除碳材料上復合的礦物，冷凍干燥即可得到具有超高比表面積的吸附材料。作為優(yōu)選，水浴共熱的溫度為50～100℃，共熱時長優(yōu)選為兩天以上。作為優(yōu)選，保護氣為可以為n2，氬氣等惰性氣體。作為優(yōu)選，熱解過程的升溫速率為2～20℃/分鐘，熱解溫度為600～1000℃。作為優(yōu)選，甘蔗、fecl3和zncl2的比例為1：1～10：1～10；所述的酸優(yōu)選為0.1～2mol/l的鹽酸。不僅如此，如圖1所示，在制備過程中的所使用的試劑及酸洗產(chǎn)物等可實現(xiàn)循環(huán)利用，并且還可以收集在制備過程中產(chǎn)生的大量可燃性氣體。具體來說循環(huán)利用分為三方面：一是可以對酸洗之后得到的fecl3和zncl2和鹽酸進行循環(huán)利用；二是可以對水浴過程中產(chǎn)生的hcl氣體進行循環(huán)利用；三是可以對制備過程中碳化產(chǎn)生的生物質裂解氣(主要包括ch4，co，h2等)以及酸洗的過程中產(chǎn)生的可燃性氣體(主要是h2)進行循環(huán)利用。本發(fā)明利用廢棄物甘蔗渣與金屬氯化合物混合共熱的方法，制備得到超高比表面積的吸附材料。該材料具有豐富的微孔和中孔結構，對環(huán)境水體中的萘、菲、1-萘酚、亞甲基藍具有良好的吸附去除效果，同時也能很好的去除室內(nèi)空氣污染中的甲苯氣體。根據(jù)其制備過程的分析，提出了化學試劑的循環(huán)利用策略。該方法可以應用于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、室內(nèi)空氣凈化、環(huán)境水體污染物去除等領域。附圖說明圖1超高比表面積碳材料的制備過程及其循環(huán)利用示意圖；圖2實施例1的氮氣吸附脫附曲線；圖3實施例1的掃描電鏡觀察；圖4實施例1的掃描電鏡觀察；圖5實施例1的透射電鏡觀察；圖6實施例1的透射電鏡觀察；圖7實施例1的原子力顯微鏡觀察。具體實施方式下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，以便本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的實質。實施例1本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：1：8：3)在80℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為5℃/分鐘，熱解溫度為900℃。自然冷卻之后再用2mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。得到的碳材料的產(chǎn)率約為14％。本實施方法工藝簡單，所用原料價格低廉，對環(huán)境污染小，設備簡單。制備過程的化學試劑可實現(xiàn)循環(huán)利用，有望應用于工程化利用廢棄物資源。本實施例中制備得到的碳材料的比表面積高達2280m2/g。對典型的環(huán)境污染物萘、菲、萘酚、亞甲基藍的吸附量分別高達615.84mg/g，431.16mg/g，2040.07mg/g和474.74mg/g，遠高于目前報道的其他材料的吸附水平。本實施例制備的碳材料的氮氣吸附脫附曲線如圖2，由圖可以看出該碳材料對氮氣的吸附量(在常壓下)高達2866.2mg/g，通過brunauer-emmett-teller模型的計算，可以得到該碳材料的比表面積高達2280m2/g。圖3和圖4顯示了得到的碳材料的掃描電鏡圖像，由這兩個圖可以看出，該碳材料豐富的中孔結構。圖5和圖6為碳材料的透射電鏡觀察圖，由該圖可以看到其微孔結構及其表面的類石墨烯結構。圖7為高比表面積材料的原子力顯微結構觀察，由圖可以看出材料呈現(xiàn)出400納米左右大小的石墨烯片層結構，而且其高度為1nm左右，為單層石墨烯的結構。實施例2本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：3：24：2)在80℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為5℃/分鐘，熱解溫度為900℃。自然冷卻之后再用2mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。實施例3本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：1：8：3)在80℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為20℃/分鐘，熱解溫度為900℃。自然冷卻之后再用2mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。實施例4本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：1：8：3)在100℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為5℃/分鐘，熱解溫度為900℃。自然冷卻之后再用2mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。實施例5本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：1：1：1)在50℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為2℃/分鐘，熱解溫度為600℃。自然冷卻之后再用0.1mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。實施例6本實施方式合成了高比表面積的碳材料。具體過程如下：取塊狀去皮甘蔗與fecl3和zncl2(質量比：1：10：10)在50℃溫度下水浴共熱兩天以上，干燥后，在n2保護氣氛圍下升溫熱解得到礦物復合的碳材料，升溫速率為20℃/分鐘，熱解溫度為1000℃。自然冷卻之后再用1mol/l的鹽酸去除復合材料的礦物，冷凍干燥即可得到具有高比表面積的吸附材料。表1前四種實施例制備的得到的碳材料的比表面積實施例實施例1實施例2實施例3實施例4比表面積(m2g-1)2280952.212391035表1顯示了實施例1～4制備出來的碳材料的比表面積。需要指出的是，以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關
技術領域：
的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12