[发明专利]一种水热炭基复合材料、其制备和应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，更具体地，涉及一种水热炭基复合材料、其制备和应用。将生物质与金属有机骨架材料前驱体溶液混合，得到原料混合液；将原料混合液在密闭反应器中进行水热反应，该水热反应过程中发生生物质的炭化与所述金属有机骨架材料的晶化反应；水热反应完毕后固液分离，对得到的固体材料进行清洗、干燥后，获得所述水热炭基复合材料。通过在水热炭制备过程中加入金属有机骨架前驱体，使得水热炭和金属有机骨架有机结合获得水热炭基复合材料，提高其对重金属的吸附能力，由此解决现有技术的水热炭基复合材料吸附重金属原料不易得、吸附效果不佳的技术问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更具体地，涉及一种水热炭基复合材料、其制备和应用。

背景技术

水污染及其治理近些年来受到广泛重视。其中，重金属由于其毒性大、易富集、难以降解的特点被列为重点治理对象。吸附法是一种方便有效、操作简单的处理液相中重金属的方法，其关键在于吸附剂的选择与改进。水热炭是生物质或者其他含碳原料通过水热的方式制备而成的，因其表面官能团丰富、制备过程能耗低、绿色，因此具有作为液相污染物绿色吸附剂的潜力。为了提高其吸附性能，许多研究基于对水热炭的改性处理或者进行材料复合。

专利CN106904625公开了一种水热炭/蒙脱土复合材料的制备方法，其中水热炭原料选用的是纤维素，而纤维素并不易得，因此受限于原料，工艺难以大型化应用。专利CN201910110705公开了一种表面官能团功能化水热炭的制备方法以及对Cr(VI)具有较好的吸附效果，但是对于工业废水来说，并不仅仅只有Cr(VI)，而是含有多种重金属污染物，因此此工艺在应用上具有局限性。而且，现有的报道对于水热炭理化特性的改良大多局限于表面功能化或者孔隙结构中的一种，而吸附过程是物理化学过程，涉及到两方面，因此需要同时考虑。CN106732374公开了一种同时提高水热炭表面功能化和比表面积的方法，但是β-FeOOH、KOH的添加使其制备工艺的绿色性大大降低，KOH毒性较大，难以大规模应用。

金属有机骨架是近些年来新兴的一类材料，其具有比表面积大、孔径结构可调控、表面官能团丰富、金属中心开放的特点，被广泛应用于各个领域，尤其是吸附领域。但是其水稳定性并不太优良，单独用于液相污染物的吸附势必会导致循环吸附稳定性不佳的问题，因此限制了其在液相污染物吸附方面的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水热炭基复合材料、其制备和应用，其通过在水热炭制备过程中加入金属有机骨架前驱体，使得水热炭和金属有机骨架有机结合获得水热炭基复合材料，提高其对重金属的吸附能力，由此解决现有技术的水热炭基复合材料吸附重金属原料不易得、吸附效果不佳的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水热炭基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将生物质与金属有机骨架材料前驱体溶液混合，得到原料混合液；

(2)将原料混合液在密闭反应器中进行水热反应，该水热反应过程中发生生物质的炭化与所述金属有机骨架材料的晶化反应；水热反应完毕后固液分离，对得到的固体材料进行清洗、干燥后，获得所述水热炭基复合材料。

优选地，所述生物质为颗粒状的生物质，其粒径为1mm～10mm。

优选地，所述生物质为秸秆、木屑和竹屑中的一种或多种。

优选地，所述金属有机骨架材料前驱体溶液包括金属盐溶于溶剂中获得的金属盐溶液和有机骨架配体溶解于溶剂中获得的有机骨架配体溶液；所述金属盐为三水硝酸铜、六水合硝酸钴、六水合氯化铁或九水合硝酸铝；所述有机骨架配体为均苯三甲酸、对苯二甲酸或2-氨基对苯二甲酸。

优选地，所述溶剂水和/或乙醇。

优选地，所述金属盐和有机骨架配体的质量比为1:5～5:1，所述溶剂与金属盐的质量比为1:1～10:1。