[发明专利]从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物的制备方法，尤其涉及一种从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料及其方法。

背景技术

农业废弃物是指在农业生产、农产品加工等过程中产生的废弃物的总称，主要包括果壳果核、秸秆、稻壳、玉米芯、树枝落叶和杂草等。由于农业废弃物具有数量巨大、可再生、再生周期短、可生物降解、富含碳硅元素、利用水平低等特点。农业废弃物的无害化和资源化利用是当前研究的热点和难点之一。

碳化硅（SiC）是一种重要的无机材料，其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、化学性质稳定等优点，目前被广泛地用作耐磨材料、耐高温材料、吸波材料等。尤其在吸波材料领域中，由于碳化硅的电阻率可调，其即可在高电阻率条件下作为透波层，又可在低电阻率条件下作为损耗层，是一种应用很广的电损耗型吸收剂。此外，碳化硅的结构稳定，硬度很大，具有优异的导热和导电、耐火、耐热和耐腐蚀性能，在有色金属冶炼工业、钢铁行业、冶金选矿行业、建材陶瓷等节能工业领域都具有重要的用途。由于一般的碳化硅合成方法中温度很高，对设备的要求较高，并增大了能源损耗，从而增加了碳化硅的生产成本。利用农业废弃物中富含的Si和C元素，通过加入金属还原剂可以大幅降低碳化硅的合成温度，并充分利用了农业废弃物，具有成本低廉、资源可持续利用等优点。

氮化铁是一种氮铁化合物，分子式可表述为Fe_xN，主要由铁或铁氧化物与氨气反应制得。氮化铁是一种新型的磁性材料，磁性能和化学稳定性均优于铁粉，是潜在的高性能磁性材料和吸波材料。从农业废弃物制备多孔轻质的SiC/氮化铁纳米复合材料，这种材料具有纳米多孔结构、较高的比表面积以及较高的电磁损耗性能，在难降解废水处理、吸波材料等领域具有潜在的用途。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料及其方法。

从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料是一种纳米复合材料，包括核心层和包覆层，其中核心层为SiC粉体，包覆层为氮化铁纳米微粒，氮化铁的结构通式为Fe_xN（x=2, 3, 4或8）。

从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料方法的步骤如下：

1)将100 g农业废弃物充分粉碎，放入400～1200 ^oC炉中隔绝空气或在惰性气体的保护下煅烧0.5～8 h，或在1～5 L强酸或强碱溶液中浸泡1～24 h，得到主要成分为SiO₂和C的硅碳粉；

2)将硅碳粉与2～10 g金属还原剂粉末充分混合，放入炉中，隔绝空气或在惰性气体的保护下500～800 ^oC煅烧0.5～12 h；或将硅碳粉放入炉中，在隔绝空气或在惰性气体的保护下1300～1800 ^oC煅烧1～24 h；

3)将步骤2）的产物加入到0.05～2 M的盐酸溶液中，浸泡0.5～4 h，离心分离，水洗，固相烘干后，得到多孔碳化硅粉末；

4)将5 g多孔SiC粉末置于20～100 mL 0.05～1.0 mol/L的硝酸铁溶液中，60～150 ^oC烘干后置于炉中，450～750 ^oC煅烧0.5～2 h后导入氮气/氢气还原15～60 min；结束后保持炉温，迅速切入氨气处理10～60 min；在氮气流中自然冷却后取出，即得SiC/氮化铁纳米复合材料。

所述的农业废弃物是指在农业生产、农产品加工过程中形成的果壳果核、秸秆、稻壳、玉米芯、枯枝落叶或杂草，其主要成分为含硅有机物。所述的从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料及其方法，其特征在于所述的惰性气体为高纯氮气、二氧化碳或氩气。所述的强酸溶液为质量浓度为25～98%的浓硫酸或质量浓度为20～68%的浓硝酸溶液中的一种或两种。所述的从农业废弃物制备SiC/氮化铁纳米复合材料及其方法，其特征在于所述的强碱溶液为摩尔浓度为0.5～2 M的NaOH或KOH溶液中的一种或两种。所述的金属还原剂为单质镁粉或铝粉中的一种或两种。