[发明专利]氧化铁掺杂生物质多孔碳材料及其制备方法和作为磁性材料的应用

说明书

本发明提供一种氧化铁掺杂生物质多孔碳材料，其以我国东部海域夏季泛滥藻类浒苔为碳源，通过脱色处理、硝酸铁溶液浸渍和惰性气体氛围下煅烧碳化制备获得。该氧化铁掺杂生物质多孔碳材料（γ‑Fe₂O₃@MSBC）具网状结构、具有丰富的孔道结构、较高的比表面积和饱和磁强度，可用作磁性材料并在其它领域有着良好的应用前景。此外，该多孔碳材料制备过程简单便捷，成本低廉，且易于实现吨位级工业化生产。

技术领域

本发明属于多孔碳材料技术领域，具体涉及一种新型氧化铁掺杂生物质多孔碳材料及其制备方法和作为磁性材料的应用。

背景技术

多孔碳材料因其具有发达的孔隙结构、良好的化学稳定性、较大的比表面积、优越的耐酸碱及独特的电子传导特性等，在电极材料、吸附、分离、传感、气体储存及催化剂载体等领域均有着潜在的应用价值，是碳纳米材料家族中被高度且广泛关注的一类多孔材料。多孔碳材料制备中，前驱体的选择多集中于化学试剂，如酚醛树脂、呋喃甲醛、芳香化合物等。为了获得更为廉价的制备成本，采用低成本的生物质或生物质废弃物取代传统的化学试剂用于制备多功能碳材料已成为研究热点。

多孔碳比表面积大，是应用较为广泛的吸附材料，为了使多孔碳材料操作更加便捷，分离回收更为容易，可以将其与磁性纳米粒子相结合，制得磁性多孔碳复合材料。现有磁性多孔复合材料中碳材料的来源主要是葡萄糖、壳聚糖和活性炭等，未来的发展趋势是将自然界中可再生且价格低廉的资源，如木屑、秸秆、牲畜粪便等变废成宝，使之成为碳材料的主要来源。近年来，由于全球气候变化、水体富营养化等原因，造成海洋大型海洋藻类（浒苔）绿潮暴发。大量浒苔漂浮聚集到岸边，阻塞航道，同时破坏海洋生态系统，严重威胁沿海渔业、旅游业的发展。

本发明采用浒苔作为原材料制备新型多孔碳材料，能实现浒苔的资源化，将为它的污染防治开辟蹊径。制备得到的氧化铁掺杂生物质多孔碳材料具有丰富的孔道结构、较高的比表面积和饱和磁强度，具有较高的应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型氧化铁掺杂生物质多孔碳材料，其具有丰富的孔道结构、较高的比表面积和饱和磁强度，可用作磁性材料并在其它领域有着良好的应用前景。

本发明另一目的在于提供了上述氧化铁掺杂生物质多孔碳材料的制备方法，以及其作为磁性材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化铁掺杂生物质多孔碳材料的制备方法，其将经过脱色处理的浒苔，浸渍于硝酸铁溶液中，然后在惰性气体氛围下煅烧碳化，即得到氧化铁掺杂生物质多孔碳材料。

上述氧化铁掺杂生物质多孔碳材料的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将洁净、干燥的浒苔浸泡在脱色剂中于65－85℃脱色处理至浒苔变成乳白色凝胶状，脱色处理结束后经清洗、干燥获得浒苔前驱体（APEP）；

其中，脱色剂为含次氯酸钠和冰醋酸的混合水溶液，脱色剂中次氯酸钠的浓度为0.10－0.15 mol L^-1，次氯酸钠和冰醋酸的摩尔比为1:1；

2）将浒苔前驱体置于浓度0.2－0. 5 mol L^-1的硝酸铁溶液中浸渍12－36h，浸渍结束后经清洗、干燥得到铁掺杂的浸渍浒苔（Fe³⁺@APEP）；

3）将铁掺杂的浸渍浒苔于真空管式炉中在惰性气体氛围下550－650℃煅烧碳化2－5h，即得到氧化铁掺杂生物质多孔碳材料（γ-Fe₂O₃@MSBC）。该氧化铁掺杂生物质多孔碳材料具有网状多孔结构的生物质碳骨架，表面分布有氧化铁γ-Fe₂O₃纳米粒子。