[发明专利]高孔隙度气凝胶

说明书

本发明涉及用于生产高孔隙度气凝胶的方法，尤其是绞捻碳纤维（TCF）和碳微带（CMB）气凝胶，其中提供碳原料并在惰性气体氛围和减压下将所述碳原料加热至900°C。本发明还包括由此获得的气凝胶及其用途，尤其是用于处理废水。

技术领域

本发明属于高孔隙度碳气凝胶及其合成和应用的领域，尤其是用于处理废水。

背景技术

碳基气凝胶由于密度低、电导率高、孔隙度高、比表面积高和化学稳定性高而深受瞩目，其对于去除污染物和分离油水呈现出巨大潜力。通常，有三种制造碳气凝胶的方法。传统方法是在惰性氛围中热解有机气凝胶，这仅能产生高密度的易碎碳气凝胶。通过化学气相沉积(CVD)制备的碳纳米管(CNT)海绵或其衍生海绵具有对油和有机溶剂的高度吸收能力。但是，昂贵的前体和复杂的设备极大地阻碍了这种碳基气凝胶进行用于现实世界应用的大规模生产。氧化石墨烯 (GO)是石墨烯前体，其可以大规模生产，并可以通过自凝胶作用组装为三维结构。这些气凝胶呈现出高吸收能力和良好的循环利用性。但是，GO生产方法中的化学品大量使用和酸性垃圾产生并不令人满意。

天然材料，由于成本低、来源丰富且无毒，在生产碳基材料中得到越来越多注意。例如，原棉纤维所含主要成分为纤维素，且含有极少量杂质，例如蛋白质材料、蜡、果胶，和少量有机酸和产酸无机材料。已有对原棉纤维吸收染料、重金属和重油的研究。但是，据观察，存在多种缺陷，例如浮力性质差，油吸附能力相对低，疏水性低，且循环利用性差。这些缺点阻碍了其在去除污染物和分离水油中的应用。

因此，需要寻求一种简便且节约的途径，用于生产具有高吸收能力和疏水性的高孔隙度气凝胶。

发明内容

本发明的第一方面中，提供用于生产高孔隙度气凝胶的方法，所述方法包括：

(i)提供碳原料；和

(ii)在惰性气体氛围和减压下将所述碳原料加热到至多900℃。

本发明的又一方面中，提供根据在此公开的方法所获得的高孔隙度气凝胶。

本发明的又一方面中，涉及所述高孔隙度气凝胶在治理废水中的用途。

本发明的又一方面中，涉及用于处理废水的方法，包括：

(i)令此述的高孔隙度气凝胶与废水接触；和

(ii)从所述气凝胶分离处理后的废水。

附图说明

图1：A)棉的高倍放大图像和B)含有绞捻纤维结构的TCF气凝胶的高倍放大图像。

图2：TCF气凝胶对各种有机液体的吸收效率。增重定义为吸收物与干燥TCF气凝胶的重量比。

图3：CMB对各种有机液体的吸收效率。增重定义为吸收物与干燥CMB气凝胶的重量比。

具体实施方式

本发明基于发明人令人吃惊的发现，即在惰性气体氛围和减压下将所述碳原料(尤其是棉)加热到至多900℃，能够得到具有高比表面的多孔疏水无毒气凝胶。因其疏水性，所得气凝胶吸附范围广泛的有机溶剂和油，且能够通过蒸馏、燃烧或挤压法进行极佳的循环使用。所述气凝胶在循环5次后仍具有高吸附能力。制备所述气凝胶的途径，如此所述，方便且具有环境可持续性，因其无需昂贵复杂的纯化步骤，且生产中不产生垃圾。此外，初始材料，例如棉和废纸，容易获取且性价比高。