[发明专利]一种功能麻类生物质碳气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种功能麻类生物质碳气凝胶及其制备方法与在提取稀有元素中的应用，所述碳气凝胶是通过以生物质碳纤维为基底，结合冷冻干燥和晶体生长技术在其表面原位生长一层层状双金属氢氧化物，再通过高温焙烧将其转化，制得具有无规则分布，孔径为3～6nm多孔复合金属氧化物的生物质碳气凝胶。本发明的制备工艺简单、易于控制、成本低廉且可操作性强，制得的功能麻类生物质碳气凝胶具有很高的比表面积、良好的重复使用能力，能够高效的用于溶液中稀有元素的提取。

技术领域

本发明涉及生物质碳气凝胶及其制备方法，以及其在化工分离领域的应用，具体涉及一种功能生物质碳气凝胶及其制备方法及与应用。

背景技术

气凝胶具有较好的物理性能，如低密度、高孔隙结构、较大的比表面积和极好的弹性性能。近年来，在文献中报道了各种类型的气凝胶，如碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、生物质纤维和聚合物气凝胶。在这些新开发的气凝胶中，以生物质纤维为基础的多孔和超低密度的生物质纤维气凝胶，由于具有环境和经济的良好前景，加上资源丰富、可再生性、生物可降解性，以及易于表面修饰的优点，所以在吸附领域引起了科技人员相当大的关注和研究兴趣。

层状双金属氢氧化物(水滑石)是一种具有阴离子的分层功能材料，在材料化学领域得到了广泛的关注。由于具有丰富的孔结构、记忆效应和良好的热稳定性以及结构和组份的可调性，层状双金属氢氧化物在药物运输、光电、催化、吸附和分离等领域有着广泛的应用。

稀有元素在食品添加、有机合成、催化等领域具有重要应用，因此对稀有元素的提取和回收很有必要。例如硒元素，现有的硒元素分离的方法有吸附、萃取、膜分离、电解法、化学还原和生物分离法等。然而，现有的提硒技术存在很多不足，如萃取和生物分离法效率低、硒分离膜的价格高、电解法存在能耗高、工艺复杂、污染严重和分离效率低的缺点。稀有元素硒和碲，一般以硒酸盐、亚硒酸盐、碲酸盐、亚碲酸盐等阴离子的形式存在。层状双金属氢氧化物由于具有结构“记忆效应”，可有选择性的吸附溶液中的阴离子。

生物质碳纤维因其价格低廉、吸附性能优良、物理化学稳定性好、失效后再生方便等优点而受到广泛的关注，在化工分离、清洁生产和环境保护中起着重要的作用。结合生物质碳的高表面活性和层状双金属氢氧化物高吸附性能，将层状双金属氢氧化物引入到生物质碳纤维表面，可进一步提高材料的对稀有元素的分离效率，降低材料成本。因此，开发层状双金属氢氧化物与生物质纤维气凝胶相结合的复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题和不足，提供了一种高效率、低成本、无污染的功能麻类生物质碳气凝胶及其制备方法与在提取稀有元素领域的应用。

本发明弥补了现有提硒技术效率低、成本高、污染严重等缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种功能麻类生物质碳气凝胶，通过以生物质碳纤维为基底，结合冷冻干燥和晶体生长技术在其表面原位生长一层层状双金属氢氧化物，再通过高温焙烧将其转化，制得具有无规则分布，孔径为3～6nm多孔复合金属氧化物的生物质碳气凝胶。

进一步，所述的生物质碳纤维基底和多孔复合金属氧化物的质量比为(10～100):1。

进一步，所述生物质碳气凝胶的纤维直径为8～15μm，长度大于1mm。

一种功能麻类生物质碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤a)配制浓度为1～10wt％NaOH溶液，按每100mL的NaOH溶液中加入5～15g麻类生物质材料计，将剪碎并烘干的麻类生物质材料加入NaOH溶液中；在60～100℃的环境中，搅拌1～4h后，取出并冷却至室温，蒸馏水洗涤至中性，烘干后得到麻类生物质纤维前驱体；