[发明专利]一种磁性介孔碳吸附材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磁性介孔碳吸附材料的制备方法及其应用，涉及难降解有机物吸附去除的技术领域。该磁性介孔碳吸附材料的制备方法包括以下步骤：将介孔硅加入到糠醇、草酸和乙醇组成的混合液中，搅拌、热处理并煅烧，用碱液进行硅模板的脱除后，干燥后得到介孔碳基材料，并将其加入溶解有硝酸铁的乙醇中，洗涤煅烧得到磁性介孔碳。通过上述方法制备的磁性介孔碳吸附材料用于水中的抗生素和消炎药两类污染物的吸附，具有吸附容量大、去除效率高、简单、易回收等特点。

技术领域

本发明涉及磁性介孔碳吸附材料的制备方法及其应用，属于功能材料开发与难降解有机物去除的技术领域。

背景技术

药物和个人护理用品类污染物是一种在环境介质中普遍存在的新型污染物，其中，抗生素和消炎药广泛应用于人类医疗和畜牧业，并通过人和动物的排泄物进入环境并造成污染，因为这些药物不易降解，所以在自然环境中具有相对较高的检出率和检出量。目前，抗生素和消炎药类化合物的污染现状、来源、危害及去除的研究已经成为国内外的研究热点。

介孔碳因其发达的孔隙结构和大的比表面积而具有很强的吸附能力，因而在众多的吸附剂中占有重要位置，但是其仍然存在一些缺点，例如，由于其较小的纳米颗粒尺寸，将其从液相体系中分离出来比较困难，不利于回收利用，限制了介孔材料的应用，因此需要对介孔材料进行改性。磁性纳米材料其尺寸特征处于纳米量级，利用铁表面的氧化还原作用释放出的电子可以有效分解多种有机、无机环境污染物，是绝佳的除污剂，但当其暴露在空气中时性质极不稳定，容易发生团聚，被氧化成高价氧化物而发生变质。所以，用性质相对稳定的碳层来保护氧化铁和零价铁纳米粒子，解决了氧化铁纳米材料易团聚的难题，并使介孔碳具有磁分离性能，吸附完成后可以通过外部磁场进行快速分离，通过再生处理后，被吸附的有害物质可以从吸附剂上去除，磁性介孔碳复合材料可用于资源回收和利用，将其应用在水中抗生素和消炎药类化合物的吸附降解中，有效缓解环境污染。

目前，磁性介孔碳的生产主要由以下几种：专利CN 103111257 A利用Fe₃O₄作为磁性能来源，以D-(+)-吡喃葡萄糖为碳源高温条件下制备；专利CN103301809A采用铁源物质、蔗糖溶于硫酸并高温碳化进行制备；专利CN105289500A将蔗糖、六水氯化铁和硫酸溶液进行混合，所得混合溶液加入到有序介孔硅SBA-15中，填充碳源和铁源，经两次热处理、高温碳化、脱硅处理，得到磁性纳米载铁有序介孔碳等，但目前的制备方法都存在制备工艺复杂，碳源负载能力低且pH适用范围有限的缺点，因此为解决上述问题，提出一种新的磁性介孔碳的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有较大比表面积和孔体积、磁性强的磁性介孔碳吸附材料的制备方法，该磁性介孔碳的制备方法简单，对水中的抗生素和消炎药两类污染物吸附容量大，去除效率高，而且操作简单、吸附剂容易回收；同时还相应提供了一种磁性介孔碳吸附材料去除水中抗生素或消炎药类污染物的应用，该磁性介孔碳吸附材料能够有效去除水体中的土霉素或双氯芬酸钠，不仅去除效率高，而且pH适用范围广、操作简单，有利于水中药物污染物处理吸附高效自动化设计。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种磁性介孔碳吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将介孔硅加入到糠醇、草酸和乙醇组成的混合液中，搅拌2-3h至乙醇挥干，热处理之后煅烧得到棕色粉末；

(2)将步骤(1)所得粉末中再次加入糠醇、草酸和乙醇组成的混合液，重复步骤(1)中的搅拌、热处理与煅烧步骤，得到固体；

(3)将步骤(2)得到的固体进行煅烧，并用碱液脱除硅模板，干燥后得到介孔碳基材料；

(4)将九水硝酸铁溶解在乙醇中形成10wt％的溶液，加入步骤(3)制备的介孔碳基材料进行搅拌，并放入玻璃管中置于盛有14wt％氨水溶液的容器中热处理得到介孔碳混合物；