[发明专利]一种高热稳定性氮硼双掺杂腐植酸基多孔炭材料的制备方法

说明书

本发明公开一种高热稳定性氮硼双掺杂腐植酸基多孔炭材料的制备方法,属于多孔炭载体和吸附材料制备技术领域。本发明以腐植酸为原料，三聚氰胺为氮源，硼酸为硼源，采用KOH一步活化法制备多孔炭；通过改变制备条件可以调节多孔炭的孔径结构和表面性质，制备的氮硼双掺杂多孔炭具有巨大的比表面积和特殊的表面网状结构，其在500℃的高温下，二氧化碳气氛下中呈现出较高的热稳定性，具有良好的高温热催化剂载体性能。并且，该多孔炭在常温下对刚果红溶液、亚甲基蓝、罗丹明B等染料均具有优异的吸附能力。本发明方法制备简单，原料价廉，制备的多孔炭材料可用于高温催化剂和吸附剂载体，以及污水和废气处理。

技术领域：

本发明属于多孔炭载体和吸附剂材料制备技术领域，涉及一种高热稳定性氮硼双掺杂腐植酸基多孔炭的制备方法。

背景技术：

多孔炭材料是具有高比表面积、大量孔隙成网络结构的碳基材料，其孔径尺寸、数量、分布以及表面性质直接影响多孔炭的性能。以其为载体负载金属或金属氧化物纳米粒子具有优异的催化和吸附性能，常常被广泛用于各种催化反应和染料吸附处理。如按孔直径大小分类，其可分为微孔碳材料(D2nm)，介孔碳材料(2nmD50nm)和大孔碳材料(D50nm)，此外还可分为无序多孔碳和有序多孔碳材料。大量研究表明，不同原材料制备得到的多孔碳，其结构存在明显差异，直接影响其载体性能。

腐植酸作为一种可以从生物质、褐煤、风化煤、泥炭、土壤等中大量提取的复杂混合物胶体，其分子结构单元主要由多环芳核和多种活性官能团如羧基、酚羟基、磺酸基、氨基、醌基、甲氧基、烯醇基等组成；(Giovanela M,Crespo J S,Antunes M,et al.Chemicaland spectroscopic characterization of humic acids extracted from the bottomsediments of a Brazilian subtropical microbasin[J].J.Mol.Struct.，2010，981(1-3)：111-119；Allard B.A comparative study on the chemical composition of humicacids from forest soil，agricultural soil and lignite deposit Bound lipid,carbohydrate and amino acid distributions[J].Geoderma，2006，130(1-2)：77-96)。

以腐植酸为原料制备多孔炭，一些研究已有报道。Yin等以腐植酸为原料，KOH为催化剂，采用高温催化法成功制备出具有微孔和介孔结构的多孔活性炭材料，其比表面积可高达2990.32m²/g(Yin J,Zhang D Y,Zhao J Q,et al.Meso-and micro-porouscomposite carbons derived from humic acid for supercapacitors[J].Electrochim.Acta.,2014,136:504-512.)。Huang等以同样的方法，将不同比例煤基腐植酸与KOH，在N₂气氛下700℃煅烧制备出具有多级结构的多孔炭材料，其比表面积可达660m²/g(Huang G X,Kang W W,Xing B L,et al.Oxygen-rich and hierarchical porouscarbons prepared from coal based humic acid for supercapacitor electrodes[J].Fuel.Process.Technol.,2016,142:1-5.)此外，对腐植酸基多孔炭的氮掺杂改性可以进一步改变其表面性质和体相结构，从而增加催化反应或吸附过程中的活性比表面，提供大量化学活性位点，提升多孔炭作为催化剂或吸附剂载体的催化或吸附性能。