[发明专利]一种碳气凝胶的制备方法及其用途

说明书

本发明公开一种碳气凝胶材料的制备方法其用途。本发明的种碳气凝胶的制备方法是：将海藻酸钠和聚环氧乙烷或聚氧化乙烯(PEO)分别溶于水中，经并充分搅拌使两种溶液完全混合后，在环境温度下在混合溶液中滴加Ca(NO₃)₂，快速形成海藻酸钙水凝胶块，放置过夜以稳定，并置换出大量的水溶液，再将制备的水凝胶冷冻干燥直至完全没有水分，最后将冷干的块状气凝胶在600℃碳化8小时，得到所述的碳气凝胶。由本发明的方法可制备得到的碳气凝胶材料。这种碳气凝胶材料可用于去除废水中重金属离子。

技术领域

本发明涉及一种功能材料的制备方法及其用途。确切讲本发明涉及一种碳气凝胶的制备方法，以及其用途。

背景技术

碳气凝胶(CA)是一种新型和新兴的吸附材料，它是由三维网络排列的，具有高孔隙率和高表面积的共价键合纳米粒子组成。CA通常以固体形状，粉末和片状形式生产，并以成本有效的方式提供更好的处理效率，以从水中去除重金属离子。然而，对于CA的制造，传统的合成方法涉及碳化低蒸汽压聚合物前体或天然来源都有它们各自的缺点，这些缺点主要与交联反应有关，在高温热解过程中伴随形成焦炭或不受控制地汽化。在某些情况下，更严重的是，直链聚合物在惰性气体下的直接热解将产生不具有多孔特征的碳化产物。另一方面，以这种方式生产的CA具有不受控制的孔径的限制，这是影响其金属离子吸附能力的关键因素之一。

发明内容

本发明提供一种碳气凝胶的制备方法，同时提供用这种方法制备的碳气凝胶和其用途。

本发明的种碳气凝胶的制备方法是：

(1)将海藻酸钠和等于海藻酸钠质量二分之一的聚环氧乙烷或聚氧化乙烯(PEO)分别溶于水中；

(2)然后将所得到的两种溶液混合并充分搅拌；

(3)充分搅拌使两种溶液完全混合后，在环境温度下，将0.1L混合溶液滴加到0.2mmol的30mmol L^-1Ca(NO₃)₂溶液中，快速形成海藻酸钙水凝胶块；

(4)由上一步骤得到水凝胶放置过夜以稳定，并将其浸入丙酮溶液中置换出大量的的水溶液，这里所用丙酮溶液的质量大约为40-160g，室温下置换24h后，去除丙酮和水的混合液；

(5)完成前一步骤后，将制备的水凝胶冷冻干燥直至完全没有水分；

(6)最后将冷干的块状气凝胶在600℃碳化8小时，得到所述的碳气凝胶。

由本发明的方法可制备得到的碳气凝胶材料。这种碳气凝胶材料可用于去除废水中重金属离子。

本发明通过使用含有海藻酸钠(SA)和聚环氧乙烷(PEO)的Ca²⁺交联聚合物混合物作为前体，然后冷冻干燥然后碳化来制备新型碳气凝胶(CA)材料。其其制备过程中，可以通过酸洗简单地除去Ca²⁺，从而作为模板在这样的系统中制造大量的微孔。相关的试验结果表明，本发明的经去除Ca²⁺后的CA能较好的去除废水中重金属离子。

本发明的有益之处是：1、以海藻酸钠和聚环氧乙烯为前驱体，属天然类原料，原料易购。2、制备碳气凝胶的方法相对简单。3、制备的碳气凝具有较好的微孔结构。4、制备的碳气凝胶对于去除水中的重金属离子具有较高的吸附量和去除率。

附图说明

图1是本发明制备碳气凝材料的示意图，图2是本发明制备碳气凝胶交联过程及其去除水中重金属离子的示意图，图3是所本发明制备碳气凝胶材料的SEM图，图4是所制备碳气凝胶材料BET图，图5是本发明的碳气凝胶去除重金属Cr⁶⁺的时间曲线图，图6是本发明的碳气凝胶去除重金属Cr⁶⁺的浓度曲线图，图7是本发明的碳气凝胶对不同重金属离子的吸附量曲线图。