一種磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于稻桿和針鐵礦的磁性碳基復(fù)合環(huán) 境材料及其制備方法和應(yīng)用。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，稻桿在農(nóng)村是一種非常普遍的農(nóng)作物廢棄物，其傳統(tǒng)的處理方法是在 田間焚燒，這種處理方法不僅污染空氣，而且會(huì)導(dǎo)致土壤中微生物的死亡、土地變硬板結(jié)、 土壤肥力下降等不良后果。在當(dāng)前社會(huì)PM2. 5持續(xù)爆表的情況下，如何處理這些放錯(cuò)地方 的資源成為了人們面臨的新難題。木質(zhì)陶瓷作為一種新興材料，它是利用廢棄木質(zhì)材料浸 漬熱固性樹(shù)脂后真空（或氮?dú)獗Ｗo(hù)）碳化而成的一種新型多孔質(zhì)碳素材料。
[0003] 富營(yíng)養(yǎng)化是指由于湖泊等封閉性水域中營(yíng)養(yǎng)成分的增加而引起其中生物量增加 的一種現(xiàn)象，是指原本封閉的水體由開(kāi)始至衰亡的自然老化過(guò)程，然而人類的生產(chǎn)活動(dòng)大 大加速了富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程。隨著城市和工業(yè)的不斷發(fā)展，以及農(nóng)業(yè)化肥和含磷洗滌劑的大 量使用，湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化越來(lái)越嚴(yán)重。根據(jù)對(duì)全國(guó)25個(gè)大中型湖泊進(jìn)行的調(diào)查，已趨富 營(yíng)養(yǎng)化的湖泊達(dá)92%，其中，因氮、磷污染而導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊占統(tǒng)計(jì)湖泊的56%以上， 尤以太湖、滇池為最。
[0004] 水資源短缺與嚴(yán)重的水污染現(xiàn)狀之間的矛盾，氮磷資源短缺與氮磷污染導(dǎo)致的水 體富營(yíng)養(yǎng)化之間的矛盾，使人們對(duì)污水中氮磷的研宄從去除轉(zhuǎn)為回收，氮磷的回收及再利 用具有極其重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0005] 納米材料擁有較高的比表面積和優(yōu)良的吸附性能，在環(huán)境修復(fù)、催化、吸附等方面 具有很大的應(yīng)用前景。然而，由于納米材料粒徑小，使用之后難以從溶液中分離出來(lái)，可能 會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次危害。磁性材料一直是科學(xué)研宄的重要領(lǐng)域，而磁性納米材料則是自20 世紀(jì)80年代后繼納米材料的出現(xiàn)以來(lái)而逐步發(fā)展、壯大的新型磁性材料。磁性納米材料是 納米材料的一種，不但擁有納米材料的優(yōu)勢(shì)，還具有超順磁性，能夠借助外加磁場(chǎng)輕易地從 溶液中分離出來(lái)，避免了材料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境可能造成的二次污染。因此磁性納米材料在 環(huán)境領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)發(fā)明目的是提供一種磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料及其制備方法，所要解 決的技術(shù)問(wèn)題是使材料即因納米礦物的加入而具有納米材料所擁有的高比表面積和優(yōu)良 吸附性能的特點(diǎn)，同時(shí)又能因針鐵礦的加入而具有磁性，易于分離。
[0007] 本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供上述磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] 本發(fā)明磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料，其特點(diǎn)在于：其原料由凹凸棒石、針鐵礦、稻桿、粘 結(jié)劑及固化劑構(gòu)成；其中稻桿、凹凸棒石與針鐵礦的質(zhì)量比為1~3 :1~2 :1 ;所述粘結(jié)劑 質(zhì)量為凹凸棒石、針鐵礦和稻桿總質(zhì)量10 %，所述固化劑質(zhì)量為凹凸棒石、針鐵礦和稻桿總 質(zhì)量的8%。
[0010] 不同的配比制備的復(fù)合材料存在不同的性能，可根據(jù)需要選擇。
[0011] 所述粘結(jié)劑為熱固性酚醛樹(shù)脂；一般廠家生產(chǎn)熱固性酚醛樹(shù)脂時(shí)都會(huì)針對(duì)具體型 號(hào)的熱固型酚醛樹(shù)脂提供配套的固化劑，本發(fā)明所述固化劑即為所述熱固性酚醛樹(shù)脂的配 套固化劑。
[0012] 本發(fā)明磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料的的制備方法，包括混料、浸漬、熱壓和燒結(jié)各單元 過(guò)程：
[0013] 所述混料是將粉碎并過(guò)40目篩的稻桿粉料、粉碎并過(guò)70目篩的凹凸棒石粉料及 粉碎并過(guò)70目篩的針鐵礦粉料混合，得混合料a ;
[0014] 所述浸漬是加入適量酒精將粘結(jié)劑和固化劑恰好溶解，將溶解后液體倒入所述混 合料a中，攪拌均勾后自然干燥24小時(shí)，再于105°C干燥lh，得混合料b ;
[0015] 將混合料b粉碎并過(guò)40目篩，然后熱壓成型；
[0016] 熱壓成型是在100°C、6Mpa條件下熱壓成型；壓制時(shí)間40-60min。
[0017] 將熱壓成型后混合料b在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫?zé)Y(jié)，然后隨爐冷卻，即得所述磁性碳 基復(fù)合環(huán)境材料。所述高溫?zé)Y(jié)的條件為：以2. 5°C/min的升溫速率從室溫升至500°C，保 溫2小時(shí)，然后以3. 5°C /min的升溫速率從500°C升溫至700°C，保溫2小時(shí)；最后以4°C / min的升溫速率從700°C升溫至900°C，保溫2小時(shí)。
[0018] 本發(fā)明的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料是以稻桿/針鐵礦/凹凸棒石粘土復(fù)合，實(shí)現(xiàn)碳 化物-磁化物-氧化物納米復(fù)合，提高了材料的強(qiáng)度，磁化物使材料可以電磁吸附，為稻桿 基復(fù)合材料生產(chǎn)及利用提供新的途徑和思路。
[0019] 本發(fā)明的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料在電吸附淡化海水方面和吸附水中氮磷污染物， 應(yīng)對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)有著良好的前景。
[0020] 靜電除鹽的理論依據(jù)是法拉第的電解理論，在電場(chǎng)作用下，水中陰、陽(yáng)離子或其他 帶電粒子會(huì)向帶相反電荷的電極表面迀移，這樣海水中的溶解鹽類、膠體顆粒和其他帶電 物質(zhì)就被吸附到電極表面。使用復(fù)合金屬材料作為電極，采用電吸附法實(shí)現(xiàn)水的凈化或淡 化，已經(jīng)成為新的海水淡化方法。
[0021] 用本發(fā)明的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料制成電吸附法淡化海水所需的電極可以大幅 減低成本，這使得用電吸附法淡化海水具備了大規(guī)模推廣的可能。而且制作復(fù)合材料所用 的稻桿充分利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物，充分體現(xiàn)了廢物資源化的理念。
[0022] 本發(fā)明的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料（稻桿/凹凸棒石/針鐵礦復(fù)合材料）是目前做 成電極的最理想材料，它不會(huì)像石墨那樣溶解，由于凹凸棒石存在較好的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)因 為本身含針鐵礦形成的磁化物可以促進(jìn)海水中離子的吸收，稻桿形成的碳及碳化物成分具 有高吸附力，還能充分的儲(chǔ)存電極吸附到的離子、鹽分，具有極高的經(jīng)濟(jì)和利用價(jià)值。
[0023] 本發(fā)明的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到12MPa，質(zhì)量磁化率達(dá) 11. 6X l(T4m3/kg，電阻率為1. 731 Ω ·αιι，顯氣孔率為63. 9%，磷的去除效果可達(dá)到98%，遠(yuǎn) 高于市面上其它吸附材料的吸附效果，而且針鐵礦帶來(lái)的磁性使其可在外加磁場(chǎng)作用下從 溶液中分離出來(lái)再利用，避免了材料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境可能造成的二次污染。 四、【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例2所制備的磁性碳基復(fù)合環(huán)境材料在不同放大倍數(shù)下的透射 電鏡圖，其中（a)為樣品在50