CN110357096B - 一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭及其制备方法，在低温碱/尿素溶解体系中加入植物原料，碱与水都能与纤维素中的羟基在分子间和分子内形成新的氢键，使得纤维素溶解，同时加入富氮化合物，可以与植物原料内部的芳香烃基、脂肪烃基和羟甲基等基团产生交联反应，形成三维状聚合物，有利于在活性炭材料表面原位形成稳定的结构氮，提高活性炭的氮掺杂量。同时在碱的活化作用下，热处理过程中植物原料和三维状聚合物形成活性炭的骨架结构，有利于提高活性炭产品的比表面积。因此，本发明可制得兼具“高比表面积”和“高掺氮量”的活性炭产品，并且该工艺具有绿色环保、操作简单、产品可再生的优点。

Description

一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于活性炭制备技术领域，具体涉及一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭及其制备方法。
背景技术
随着空气污染的日益加重，绿色高效吸附剂的需求量越来越大，而活性炭作为一种多孔性含碳物质，具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构，及丰富的表面含氧官能团，使其在吸附、催化及催化剂载体等领域得到越来越多的重视和应用。随着社会发展和科技进步，活性炭的应用领域不断拓展，对活性炭的要求也越来越高。因此，多功能、高吸附、应用广的新型炭材料已成为目前研究攻关的热点。
氮掺杂活性炭作为一种新型功能材料逐渐引起重视。氮掺杂活性炭材料的制备主要分为两大类：活性炭后处理表面改性法和富氮前驱体原位合成法。然而，这两种方法难于制得兼具“高比表面积”和“高掺氮量”的活性炭产品。因此，兼具“高比表面积”和“高掺氮量”的活性炭产品的研发具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭及其制备方法，制得的活性炭产品兼具“高比表面积”和“高掺氮量”，工艺绿色环保、操作简单、产品可再生，有利于工业化推广。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭制备方法，其制备步骤如下：
（1）选取粒度为0.18–0.25 mm的植物原料，并进行干燥；
（2）配置碱/尿素溶液，并进行冷冻；
（3）将步骤（1）的植物原料与步骤（2）解冻后的碱/尿素溶液混合，加入富氮有机化合物，低温冷冻，然后进行活化；
（4）待步骤（3）的样品冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH为中性，然后干燥，得到氮掺杂活性炭。
所述的植物原料为木屑、竹屑、果壳、草屑等。
所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中一种或者二者的混合，碱/尿素溶液为碱、尿素和水的混合物，富氮化合物为三聚氰胺、聚苯胺、乙腈、壳聚糖，碱/尿素溶液中碱和尿素的质量比为1:1-3:1，植物原料与碱/尿素溶液质量比为1:1-1:4，富氮有机化合物与植物原料的质量比为1:2-1:20，低温冷冻时间为1-4h, 活化温度为600-900℃，活化时间为1-4h。
本发明的有益效果在于：在低温碱/尿素溶解体系中加入植物原料，碱与水都能与纤维素中的羟基在分子间和分子内形成新的氢键，使得纤维素溶解，同时加入富氮化合物，可以与植物原料内部的芳香烃基、脂肪烃基和羟甲基等基团产生交联反应，形成三维状聚合物，有利于在活性炭材料表面原位形成稳定的结构氮，提高活性炭的氮掺杂量。同时在碱的活化作用下，热处理过程中植物原料和三维状聚合物形成活性炭的骨架结构，有利于提高活性炭产品的比表面积。本发明是一种绿色环保、操作简单、产品可再生的新技术。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将碱/尿素溶液（氢氧化钠20g, 氢氧化钾20g, 尿素40g，水160g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的木屑与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入20g三聚氰胺，低温冷冻4h，然后在850℃下活化1h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值1142 mg/g，比表面积为1270 m2/g，氮含量为9.64%。
实施例2
将碱/尿素溶液（氢氧化钠20g，尿素20g，水40g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的竹屑与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入40g乙腈，低温冷冻1h，然后在600℃下活化3h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值546 mg/g，比表面积为612 m2/g，氮含量为8.26%。
实施例3
将碱/尿素溶液（氢氧化钾60g，尿素20g，水120g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的草屑与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入40g聚苯胺，低温冷冻3h，然后在900℃下活化2h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值1314 mg/g，比表面积为1460 m2/g，氮含量为4.41%。
实施例4
将碱/尿素溶液（氢氧化钠40g，尿素30g，水100g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的草屑与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入30g壳聚糖，低温冷冻2h，然后在800℃下活化1h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值1126 mg/g，比表面积为1242 m2/g，氮含量为5.26%。
实施例5
将碱/尿素溶液（氢氧化钠60g，氢氧化钾40g，尿素60g，水160g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的果壳与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入30g三聚氰胺，低温冷冻2.5h，然后在700℃下活化4h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值984 mg/g，比表面积为1066 m2/g，氮含量为12.46%。
实施例6
将碱/尿素溶液（氢氧化钠30g, 氢氧化钾10g，尿素20g，水40g）进行冷冻。然后，取80g粒度为0.18-0.25 mm的竹屑与解冻后的碱/尿素溶液混合，加入4g壳聚糖，低温冷冻3h，然后在850℃下活化2h、冷却至室温后，进行酸洗水洗、直至pH值为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
本实例中得到掺氮活性炭的碘吸附值1096 mg/g，比表面积为1204 m2/g，氮含量为2.12%。
表1 不同工艺条件下掺氮活性炭性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
注：表中碱为氢氧化钠的氢氧化钾的混合碱，质量比1:1，碱/尿素溶液中碱和尿素的质量比为1:1，木屑与碱/尿素溶液质量比1:3，三聚氰胺与木屑的比例为1:4，活化温度850℃，活化时间1h。
由表可知，低温碱/尿素体系制备的掺氮活性炭（样品1）的比表面积和氮含量均比常温碱/尿素体系的活性炭（样品2）高；与木质材料为原料制备的活性炭（样品3）相比，在低温碱/尿素体系中引入富氮有机化合物，有利于提高活性炭（样品1）的比表面积和氮含量。由此说明，在低温碱/尿素溶解体系中加入富氮化合物，碱与水都能与纤维素中的羟基在分子间和分子内形成新的氢键，使得纤维素溶解，同时富氮化合物进入到木材内部，与木质材料中的芳香烃基、脂肪烃基和羟甲基等基团产生交联反应，形成三维状聚合物，有利于在活性炭材料表面原位形成稳定的结构氮，提高活性炭的氮掺杂量，同时在碱的作用下，交联扩大孔隙结构，比表面积增加。因此，本发明可制得兼具“高比表面积”和“高掺氮量”的活性炭产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选取粒度为0.18-0.25 mm的植物原料，烘干；
（2）配制碱/尿素溶液，冷冻；
（3）将步骤（1）的植物原料与步骤（2）解冻后的碱/尿素溶液混合，加入富氮有机化合物，低温冷冻，在900℃下活化2h；
（4）冷却至室温后，进行酸洗、水洗至pH为中性，干燥，得到掺氮活性炭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：植物原料为木屑、竹屑、果壳、草屑中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碱为氢氧化钠、氢氧化钾中一种或者二者的混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：碱/尿素溶液中碱和尿素的质量比为1:1-3:1，溶剂是水，植物原料与碱/尿素溶液的质量比为1:1-1:4。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：富氮有机化合物为三聚氰胺、聚苯胺、乙腈、壳聚糖中的一种，富氮有机化合物与植物原料的质量比为1:2-1:20。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：低温冷冻时间为1-4h。
7.一种如权利要求1所述的方法制得的基于碱/尿素溶解体系的掺氮活性炭，其特征在于：掺氮活性炭的碘吸附值为546-1314 mg/g，比表面积为612-1460 m2/g，氮含量为2.12-12.46%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115845799A (zh) * 2022-11-17 2023-03-28 同济大学 一种低温-碱-水热生物炭的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103950929A (zh) * 2014-05-23 2014-07-30 福建农林大学 一种化学法制备颗粒活性炭的方法
CN107416820A (zh) * 2017-07-18 2017-12-01 广西大学 一种n，o，s掺杂的网状石墨化碳纳米材料的制备方法
CN108190885A (zh) * 2018-02-14 2018-06-22 福建农林大学 一种均匀掺杂金属的活性炭的制备方法
KR101966229B1 (ko) * 2017-11-06 2019-04-05 한국에너지기술연구원 바이오매스 유래 질소 도핑된 계층적 다공성 탄소의 제조방법
CN109775692A (zh) * 2017-11-15 2019-05-21 南京理工大学 异质原子掺杂石墨烯的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103950929A (zh) * 2014-05-23 2014-07-30 福建农林大学 一种化学法制备颗粒活性炭的方法
CN107416820A (zh) * 2017-07-18 2017-12-01 广西大学 一种n，o，s掺杂的网状石墨化碳纳米材料的制备方法
KR101966229B1 (ko) * 2017-11-06 2019-04-05 한국에너지기술연구원 바이오매스 유래 질소 도핑된 계층적 다공성 탄소의 제조방법
CN109775692A (zh) * 2017-11-15 2019-05-21 南京理工大学 异质原子掺杂石墨烯的制备方法
CN108190885A (zh) * 2018-02-14 2018-06-22 福建农林大学 一种均匀掺杂金属的活性炭的制备方法

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