[发明专利]一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201910471747.8 申请日: 2019-05-31
公开(公告)号: CN110193367A 公开(公告)日: 2019-09-03
发明(设计)人: 王海旺;李金龙;晁力;蒋璐虹;冀成;车玲;商正;孟凡胜;魏新芳;付守军 申请(专利权)人: 东北大学秦皇岛分校
主分类号: B01J23/745 分类号: B01J23/745;B01J20/20;B01J20/30;C01B32/30
代理公司: 厦门仕诚联合知识产权代理事务所(普通合伙) 35227 代理人: 邱冬新
地址: 066004 河北省秦皇*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 制备 复合材料 炭微球 单质铁 纳米级 铁碳 悬浮聚合法 活性炭 酚醛树脂 降解性能 空气燃烧 硫酸亚铁 还原剂 孔结构 驱动力 微米级 包覆 空烧 碳化 吸附 还原 扩散 优化 保证
【说明书】:

发明公开了一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法,是以微米级炭微球(GAC)作为复合材料的载体,基于柯肯达尔效应,在空气燃烧的驱动力下促使纳米级单质铁扩散到炭微球表面。其中,炭微球是经过悬浮聚合法制备得到,GAC‑GAC‑nZVI的制备是通过还原剂还原硫酸亚铁和包覆酚醛树脂‑碳化‑空烧,依据柯肯达尔效应制得。本发明提供的这种制备GAC‑GAC‑nZVI的方法不仅实现了对活性炭孔结构进行优化,并同时保证了纳米级单质铁的均匀分散,GAC‑GAC‑nZVI的吸附降解性能大大提高。

技术领域

本发明涉及铁碳材料领域,尤其是一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法。

背景技术

碳材料包括碳纳米管,石墨烯和纳米多孔碳,具有特殊的表面积,高孔隙率和可控的纳米结构。这些独特的功能已经被广泛用于许多实际应用。这些有趣的结构特征使其可用于各种应用,包括吸附介质,色谱分离系统,催化剂载体纳米反应器和电池电极,以及超级电容器。

使用碳材料作为催化剂载体是碳材料实际应用的最重要领域之一,包括催化湿法处理废水催化湿润污染土壤已有许多研究和实际应用报道。然而,在活性炭的制备中,通常有以下方法来实现比表面积的增加,并且这些方法存在盲目追求高比表面积的问题,导致微观的破坏。活性炭的形貌结构,即高比例。表面积不均衡,微孔结构良好,比表面积越大,甚至可能破坏活性炭的微观结构。目前所缺乏的是增加活性炭的比表面积同时还满足活性炭介孔结构的设计来优化活性炭孔的实际应用。在活性炭的制备和应用中,如果它满足活性炭高的比表面积及具有良好孔结构的活性炭,活性炭的应用肯定会产生倍增效应。

发明内容

为了实现新型结构的铁碳复合材料(GAC-GAC-nZVI)的结构优化设计,本发明的目的在于提供新型结构的铁碳复合材料及其制备方法,利用活性炭微球制备铁碳复合材料处理甲基橙溶液。

为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:

一种新型铁碳复合材料,所述新型铁碳复合材料包括以微米级的活性炭微球为复合材料的载体,纳米级单质铁均匀扩散到炭微球的空隙内及表面。

进一步的,所述活性炭微球是通过悬浮聚合法制备,所述的新型铁碳复合材料的制得是通过结合传统的铁碳复合材料(GAC-nZVI)制备工艺并包覆酚醛树脂经碳化,再经空烧,利用柯肯达尔效应来完成该复合材料的制备。

本发明还提供一种新型结构的铁碳复合材料制备方法,包括以下步骤:

S1、微米级的活性炭微球的制备:通过悬浮聚合法来制备活性炭微球;

S2、铁碳复合材料的制备:以S1中制备得到活性炭微球为载体,通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂经碳化及利用柯肯达尔效应在空气中加热,制备得到铁碳复合材料。

进一步的,所述步骤S1微米级活性炭微球的制备,具体包括以下步骤:

S1.1、先将苯酚与甲醛的摩尔比为1:2-2.5的混合物溶于300ml水中,然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合;

S1.2、然后整个体系在95-970C的温度下反应5小时,通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球,并用水和乙醇反复洗涤,最后在600C干燥;

S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中,通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温,将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中,活性炭微球通过在10000C-11000C的二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集,自然冷却至室温,其中,所述高温气氛炉的升温速率为30C/min。

进一步的,所述步骤S2铁炭复合材料的制备,具体包括以下步骤:

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