[发明专利]一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料的方法，将造纸污泥进行热水预处理，冷冻干燥后，加入化学活化剂，按照质量比例1:0.01‑1:10混合均匀，按照一定升温速率，在100‑1000℃下进行高温碳化。最后经过盐酸多次清洗干燥得多孔碳硅复合材料。本发明的优点在于原材料来源广泛、成本低廉、比表面积高，亲水性高，在水溶液中分散度高，结构稳定，表面活性基团含量丰富，使用范围广泛等优点，而且制备过程简单，对设备要求低。制备得到的多孔硅碳材料在多相吸附以及催化中具有非常广阔的发展前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料的方法。

背景技术

随着经济、科技的发展以及人口的增长，人类对淡水资源的需求量不断增加，同时水污染的现象也愈发严重。所以水处理技术越来越被重视。目前，影响水体污染的主要因素包括金属离子污染，含油污水，染料污染，放射性水体污染以及四环素等抗生素类污染。现代水处理技术中，由于物理吸附法不引入其他药剂，简单易操作，成本低，成为了最常用的一种水处理方法。

固体吸附剂由于具有高比表面积，丰富的孔结构，成本低，易分离回收等特点，已经被广泛用于水处理技术中。常用的固体吸附剂包括沸石、硅藻土、高岭土、活性炭等。但是由于这些材料的吸附性能主要是由于它们高比表面积进行物理吸附，吸附位点单一，吸附量有限易饱和，使用周期短，可重复性差，而且对于硅基吸附来说，硅基吸附剂在结构上十分稳定，但是由于硅基材料的官能团主要是疏水基团，在水中的分散性以及浸润性差，所以吸附效果不是很理想。因此开发一种价格低廉、来源丰富、高比表面积、稳定性强、亲水性高、使用范围广泛、易回收可重复性的多孔吸附剂是十分有必要的。

发明内容

为了解决固体吸附剂的吸附性能低、浸润性差的问题，本发明采用了造纸过程产生的废弃物污泥作为原材料，一步制备多孔碳硅复合材料，不仅提高了吸附剂性能，降低生产成本，而且实现了废弃物的高值化利用，提高了资源循环利用率。

本发明的目的是提供一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料的方法，通过一步化学活化法制备得到多孔碳硅复合材料，所制得的碳硅复合材料具有比表面积高、稳定性强、亲水性高、使用范围广泛等特点。

本发明的技术方案如下：

一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：向造纸污泥中加入热水，将造纸污泥进行热水预处理，去掉污泥中热水可溶性物质，然后进行低温冷冻干燥；

步骤2：将冷冻干燥后的污泥直接与常用化学活化剂，混合均匀，再进行碳化；

冷冻干燥后的污泥与常用化学活化剂的质量比为1:0.01-1:10；碳化温度为100-1000℃，碳化活化时间为10-500min；

步骤3：经碳化后的材料进行洗涤、干燥，得到多孔碳硅复合材料。

优选的，所述步骤1中的造纸污泥为含有有机物组分的脱水后的造纸污泥，热水预处理中热水为50-100℃热的蒸馏水，热水预处理的次数为3次，每次热水处理时间为5-60min。

优选的，所述步骤2中所采用的化学活化剂为氯化锌、氢氧化钾、氢氧化钠，氯化镁，选取其中一种或者几种与污泥进行混合。

优选的，所述步骤2中所采用冷冻后的污泥与活化剂的质量比为1:0.1-1:5。

优选的，所述步骤2碳化所采用的升温速率为1-20℃/min；氮气流量速度为5-200mL/min。

优选的，所述一种利用造纸污泥一步制备多孔碳硅复合材料方法，其特征在于：所述步骤2碳化活化温度为300-900℃；碳化时间为30-240min；