[发明专利]一种中空分级核壳结构生物质碳气凝胶及制备方法与应用

权利要求书

1.一种中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶，其特征在于，所述中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶内核为生物质碳纤维，内核直径为3～7μm，二氧化锰纳米片有序包裹在内核外形成外壳，内核与外壳之间中空形成中空分级核壳结构，中空分级核壳结构由月桂酸钠疏水改性后形成微纳分级结构。

2.如权利要求1所述的中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.二氧化硅包覆生物质纤维素气凝胶的制备：

生物质纤维素分散在去离子水、乙醇和氨水中形成纤维素分散液；正硅酸四乙酯滴入上述纤维素分散液中，搅拌后过滤，清洗，烘干，得二氧化硅包覆生物质纤维素；将二氧化硅包覆生物质纤维素分散在去离子水中，磁力搅拌后形成分散均一溶液，冷冻干燥后得到二氧化硅包覆生物质纤维素气凝胶；

b.中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶：

(1)将上述步骤a中所得的二氧化硅包覆生物质纤维素气凝胶于惰性气体氛围中热解得到二氧化硅生物质碳气凝胶；

(2)将二氧化硅生物质碳气凝胶加入到高锰酸钾溶液中，混合均匀后，转移至反应釜进行水热反应，反应后过滤，清洗，烘干，得到二氧化锰包覆二氧化硅生物质碳气凝胶；

(3)将二氧化锰包覆二氧化硅生物质碳气凝胶加入到碱溶液中，反应后过滤，清洗，烘干，得中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶；

c.中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶的疏水改性：

将中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶加入到月桂酸钠溶液中，反应后过滤，分别用水与乙醇清洗烘干，得疏水性中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a中所述的纤维素分散液为每1.6L的乙醇中加入0.3～0.6L的去离子水、50～70mL的氨水和1～1.5g生物质纤维素。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a中所述的纤维素分散液与正硅酸四乙酯的体积比为1：0.003～0.005。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b（1）中所述的热解的反应温度为500～700℃，反应时间为1～4h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b（2）中所述的高锰酸钾溶液的浓度为3～5M；所述高锰酸钾溶液与二氧化硅生物质碳气凝胶的用量为每100mL高锰酸钾溶液中加入0.5～1g二氧化硅生物质碳气凝胶。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b（2）中所述的水热反应中反应温度为140～160℃，反应时间为12～48h。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b（3）中的所述碱溶液的浓度为2～4M；所述碱溶液与二氧化锰包覆二氧化硅生物质碳气凝胶的用量为每100mL碱溶液加入1～2g二氧化锰包覆二氧化硅生物质碳气凝胶；所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤c中所述的月桂酸钠溶液的浓度为0.04～0.06M；所述的月桂酸钠溶液与中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶的用量为每100mL月桂酸钠溶液中加入0.5～1g中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶。

10.权利要求1所述的中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶的应用，其特征在于，所述的中空分级核壳结构的生物质碳气凝胶作为吸附材料，应用于分离含油废水。