[发明专利]高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的原位MgO模板制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的原位MgO模板制备方法与应用，属于磁性介孔碳纳米微球的制备方法领域。一种高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的原位MgO模板制备方法为：将Fe₃O₄@nSiO₂与柠檬酸镁固体混合研磨均匀，在氮气氛围中煅烧后，依次用HNO₃和高纯水对其进行洗涤处理，即得高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球；所述Fe₃O₄@nSiO₂与柠檬酸镁固体的质量比为0.5‑5：5‑10。其优点是：本发明提供的方法具有简单、高效、成本低、环境友好及可大量制备等优点；本发明制备的磁性介孔碳吸附剂具有较高的比表面积和孔体积，在吸附Cu和Pb等金属离子方面，表现高吸附容量、宽的pH范围、高吸附效率等优势；该方法制备的磁性介孔碳纳米微球可应用于污水处理、药物释放和催化载体等领域。

技术领域

本发明涉及一种磁性介孔碳纳米微球的制备方法，特别涉及一种高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的原位MgO模板制备方法与应用。

背景技术

碳基材料无处不在，碳基材料主要包括活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳、石墨烯和碳化物衍生碳。碳基材料具有比表面积大、孔隙率发达、热稳定性好和耐酸碱性，故其在重要技术领域有着广泛的应用，包括分离技术、多相催化、水处理、固定相材料以及未来发展为能源再生和存贮等。其中，介孔碳材料是指孔径在2-50nm的多孔碳材料。介孔碳微球因具有均匀的空隙；高比表面积，高孔隙率；化学稳定性好、具有不同形体外貌，在大分子催化、生物载药等方面受到人们的广泛关注，尤其在水处理和生物医学的应用受到了广泛的青睐。

合成介孔碳的方法包括催化活化、溶胶-凝胶法和模板法，其中，模板法分为模板浇铸法(硬模板法)和嵌段共聚物自组装法(软模板法)，是合成介孔材料的主要方法之一。而模板法中的造孔剂或者模板分子在介孔材料合成过程中多数只起到孔径模板的作用，在材料成型之后，又需采用化学或物理法将其去除和刻蚀。如：采用介孔硅作为硬模板制备介孔碳，需要浓氢氧化钠或HF刻蚀掉模板分子，浓氢氧化钠不仅具有较强的腐蚀性，且溶解后的模板分子难于回收，造成资源的浪费。因而，发展具有简单、高效、绿色的合成方法是必须的。

文献中制备磁性碳基材料，经典的以酚醛树脂为碳源，原料对环境污染较大、合成过程复杂、聚合度不易控制，从而不适宜大规模生产。

发明内容：

本发明的目的是为解决传统路径制备磁性碳时，合成步骤繁琐、原料毒性大、吸附量有限的问题。通过一步反应可以集成碳化、原位MgO模板、磁化一体的三功能反应，提供了一种高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的制备方法与应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的原位MgO模板制备方法：

将Fe₃O₄@nSiO₂与柠檬酸镁固体混合研磨均匀，在氮气氛围中煅烧后，依次用HNO₃和高纯水对其进行洗涤处理，即得高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球；所述Fe₃O₄@nSiO₂与柠檬酸镁固体的质量比为0.5-5：5-10。

所述Fe₃O₄@nSiO₂的制备方法为：以四乙氧基硅烷为偶联剂，以粒径为10-20nm的磁性Fe₃O₄纳米球为核，采用硅胶偶联法制备具有核壳结构的Fe₃O₄@nSiO₂。

所述磁性Fe₃O₄纳米球的制备方法为共沉淀法。