[发明专利]一种超亲水性碳纤维的制备方法

说明书

本发明属于碳纤维材料的技术领域，公开了一种超亲水性碳纤维的制备方法，包括如下步骤：将碳纤维转移到等离子体反应瓶中,反复抽取真空‑通入氨气清洗,缓慢通入氨气，通入高频率交流电，在磁搅情况下辉光，得到氨基改性的碳纤维材料；将等离子体改性碳纤维与氨基绕丹宁混合,分散于超纯水中进行搅拌；向悬液中添加戊二醛水溶液并搅拌；氨基绕丹宁与等离子体改性碳纤维分散混合后,在戊二醛交联作用下,接枝在氨气等离子改性碳纤维表面；用超纯水和无水乙醇离心洗涤,干燥后得到嫁接了氨基饶丹宁小分子的碳纤维材料。本发明解决了一维碳纤维材料表面因缺乏软碱性N、S活性位点而无法应用于贵金属回收领域的问题，可提高Au(III)离子的资源回收利用率。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料的技术领域，尤其涉及一种超亲水性碳纤维的制备方法。

背景技术

黄金是国家重要的战略资源,并广泛地应用于高新技术领域、半导体、精细化工、珠宝货币。全球黄金供应主要来自矿采开发，约占其总使用体积的75％。当前，人类面临的严峻事实是高质量含金矿石的自然资源储量日益减少，世界范围内对黄金的需求量正在不断增加。然而,在黄金的开采、精炼和处理过程中，不可避免地产生了数百万立方米的含金废水(浓度小于100ppm)。这些含金废水的直接排放不仅浪费掉了宝贵的稀有资源，而且Au(III)离子因其强的氧化能力，对生态体统造成了严重的破坏。显然地，我们有必要制定一种新的、可持续的策略回收含金污水，并对含金污水中的Au(III)进行重复使用。

如今，电化学、离子交换、膜分离、沉淀浸渍和吸附等多种技术已经被开发出来并应用于污水溶液中分离和回收Au(III)离子。在这些技术中，功能材料吸附法凭借其成本低、效率高、操作方便、环境友好和安全等突出优点受到了广泛研究学者的青睐。根据软硬酸碱理论，Au(III)属于一种典型的软酸，可以与软碱性的活性位点(主要包括含N,含S官能团)进行化学螯合。因此，使用丰富的含N、含S活性官能团去修改具有高比表面积的基低材料成为Au(III)吸附剂的构建主流。

一维碳纤维材料因其普遍存在、容易获得、比表面积大而受到越来越多的关注。以往的研究表明,碳纤维材料对疏水有机化合物具有较高的吸附去除效率。然而，一维碳纤维材料表面缺乏软碱性N、S活性位点，对其进行改性并在贵金属回收领域中并未得到充分研究。

发明内容

本发明意在提供一种超亲水性碳纤维的制备方法，以解决一维碳纤维材料表面因缺乏软碱性N、S活性位点而无法应用于贵金属回收领域的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超亲水性碳纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1、氨基改性碳纤维材料的合成：

将500mg的碳纤维转移到等离子体反应瓶中,反复抽取真空-通入氨气清洗3次，在高真空的条件下，缓慢通入适量的氨气，使真空计示数稳定在50Pa，打开电源匹配器，通入功率50W的高频率交流电，在电磁搅拌情况下持续辉光50min，得到氨基改性碳纤维材料；

S2、氨基绕丹宁组装碳纤维材料的合成：

将70mg氨基改性碳纤维与74mg氨基绕丹宁混合,分散于20ml超纯水中并在500rpm转速下搅拌2h；向搅拌后的悬液中添加1ml质量分数为50％的戊二醛水溶液，然后在500rpm转速下持续搅拌3h；氨基绕丹宁与等离子体改性碳纤维分散混合后，在戊二醛交联作用下，稳定地接枝在氨气等离子改性碳纤维的表面；最后用超纯水和无水乙醇分别离心洗涤3次，真空干燥后得到嫁接了氨基饶丹宁小分子的碳纤维材料。

技术方案的原理及效果：通过优化碳纤维的化学成分和物理组成，合成了一种新型的纤维材料，使用N-氨基绕丹宁作为纤维材料表面改性剂，因为它的分子结构具有丰富的软碱性官能团(如-C-S和-C＝S)，并将其用于溶液中选择性吸附和一步还原Au(III)离子，本方案为Au(III)回收提供了一种简便的新型纤维材料合成方法，有助于确保资源的可持续利用和防止环境污染。