CN114604870A - 一种木块制备泡沫炭材料的方法 - Google Patents

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潘钰璟
朱佳威
李伯启
徐康
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Nanjing Zhihui Environmental Meteorological Industry Research Institute Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种木块制备泡沫炭材料的方法，包括步骤：配置碳酸氢钠溶液，将木块放入碳酸氢钠溶液中浸泡，取出烘干，放置在惰性气体氛围下匀速升温后，经恒温反应再匀速降温冷却，使用超纯水和乙醇清洗，烘干得到泡沫炭材料。本发明采用木块作为原料，在碳酸氢钠溶液中进行浸泡、烘干、升温反应、冷却和冲洗烘干，通过常见的材料和简单的工艺步骤制得泡沫炭材料，该泡沫碳材料相对于传统方法制备的炭材料，对电子氧还原反应具有择更好的选择性，对于有害物质磺胺甲噁唑SMX的降解催化效率更高。

Description

一种木块制备泡沫炭材料的方法
技术领域
本发明涉及一种木块制备泡沫炭材料的方法，属于炭材料技术领域。
背景技术
泡沫炭作为碳材料领域的研究热点之一，在近些年取得了较大的进展。泡沫炭是指由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料，其密度小，耐高温，比表面积大，并且具有优良的导电性能，从而在催化、吸附分离等领域应用广泛。
目前制备泡沫炭的方法有超临界法、模板法和辐射法，制备工艺较为复杂；国内外制备泡沫炭的前躯体主要以沥青、聚氨酯、酚醛树脂和生物质为主。
然而在由以上材料制备泡沫炭的过程中，通常要经历高温、高压以及压力释放的过程，其制备过程对设备的要求较高，耗费能源。
为利用低成本材料实现优良泡沫炭的简便快捷制备，本发明提供一种木块制备泡沫炭材料的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种木块制备泡沫炭材料的方法，其具体技术方案如下：
一种木块制备泡沫炭材料的方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳酸氢钠加入到去离子水中搅拌溶解得到碳酸氢钠溶液；
步骤2：将木块放入碳酸氢钠溶液中浸泡活化，取出在60-90℃下烘干，浸泡活化的时间为1.5-2.5h；
步骤3：将烘干后的木块置于刚玉管中，在惰性气体氛围下以5 ℃/min的升温速率，升温至720-730 ℃，恒温反应2h；
步骤4：以5 ℃/min的速率降至室温，先后用超纯水和乙醇清洗4-5次，冲洗完成后，再将所得材料浸入超纯水中，每隔10分钟更换一次超纯水，直至浸出液的pH介于7.0-7.5之间，将最后一次浸泡得到的木块置于60-90℃下进行烘干；
所述去离子水与碳酸氢钠的质量比范围为3.7:1-5.5:1；
所述碳酸氢钠溶液与木块的质量比范围为5.5:1-6.5:1。
进一步的，所述去离子水与碳酸氢钠的质量比为4.8:1-5.2:1。
进一步的，所述碳酸氢钠溶液与木块的质量比为5.7:1-6.3:1。
进一步的，所述木块在碳酸氢钠溶液中的浸泡时间为1.8-2.2h。
进一步的，所述恒温反应在725℃下进行。
进一步的，所述浸泡活化，木块完全浸入溶液中，并且木块之间不互相接触。
本发明的有益效果是：本发明采用木块作为原料，在碳酸氢钠溶液中进行浸泡、烘干、升温反应、冷却和冲洗烘干，通过常见的材料和简单的工艺步骤制得泡沫炭材料，该泡沫碳材料相对于传统方法制备的炭材料，对电子氧还原反应具有择更好的选择性，对于有害物质磺胺甲噁唑SMX的降解催化效率更高。
附图说明
图1是本发明的工艺过程图，
图2是本发明实施例制备的泡沫炭与传统炭材料在-0.6V下的过氧化氢产量图，
图3是本发明实施例制备的泡沫炭材料与传统炭材料对SMX的降解效率图，
图4是本发明实施例制备的泡沫炭材料结构SEM表征图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明的木块制备泡沫炭材料的方法，以木块为原料，将15 g 碳酸氢钠加入70 mL 去离子水中搅拌至溶解，将木块浸泡其中，2 h后在60 ℃下烘干，再将烘干后的材料置于刚玉管中，用管式炉在惰性气体氛围下以5 ℃/min的升温速率，升温至725 ℃，恒温反应2h后，再以5 ℃/min的速率降至室温，先后用超纯水和乙醇清洗4-5次，冲洗完成后，再将所得材料浸入超纯水中，每隔10分钟更换一次超纯水，直至浸出液的pH介于7.0-7.5之间，将最后一次浸泡得到的木块置于60℃下进行烘干，得到泡沫炭，经实验，木块与碳酸氢钠溶液的质量比优选为1:6，如图4所示为所制备的泡沫炭结构的SEM图像。
所选的木块材料可以是植物类、矿物类及工业废料，材料易得，所采用的原材料中灰分含量越低，所制备得到的泡沫炭性能越好。
通过将木块在碳酸氢钠溶液提供的弱碱性环境中浸泡处理，改善木块的状态，从而能够在反应过程中，形成更为优异的孔隙结构，主要机理为碳酸氢钠溶液与木块接触后，后续反应使木块中的一部分碳烧失，钠元素在石墨层片中形成插层作用，从而形成活性炭的孔隙结构。
在-0.6V环境下分别加入本发明实施例制备的泡沫炭和传统方法制备的炭材料，进行过氧化氢制备反应，按时间对过氧化氢的产量进行记录，得到如图2所示的过氧化氢产量图。
图2中，经过60min反应，加入传统方法制备的炭材料的反应体系收集到的过氧化氢浓度低于30ppm，加入本发明制得的泡沫炭材料的反应体系收集到的过氧化氢浓度达到60ppm，可以明显看出本发明实施例制备的泡沫炭对电子氧还原反应具有更高的选择性。
分别使用本发明实施例制备的泡沫炭和传统方法制备的炭材料对磺胺甲噁唑SMX进行催化降解，得到如图3所示的剩余反应物与总反应物含量比值随时间变化曲线。
从图3中可以得到经过60min反应，加入本发明制得的泡沫炭材料的反应体系将磺胺甲噁唑SMX催化降解完全，而加入传统方法制备的炭材料的反应体系仅转化了30%，因此本发明实施例制备的泡沫炭对磺胺甲噁唑SMX降解反应效率催化作用远优于传统方法制备的炭材料。
图4为本发明实施例制备的泡沫炭材料的SEM图像，从图中可以看到泡沫炭材料具有丰富的孔道结构。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将碳酸氢钠加入到去离子水中搅拌溶解得到碳酸氢钠溶液；
步骤2：将木块放入碳酸氢钠溶液中浸泡活化，取出在60-90℃下烘干，浸泡活化的时间为1.5-2.5h；
步骤3：将烘干后的木块置于刚玉管中，在惰性气体氛围下以5 ℃/min的升温速率，升温至720-730 ℃，恒温反应2h；
步骤4：以5 ℃/min的速率降至室温，先后用超纯水和乙醇清洗4-5次，冲洗完成后，再将所得材料浸入超纯水中，每隔10分钟更换一次超纯水，直至浸出液的pH介于7.0-7.5之间，将最后一次浸泡得到的木块置于60-90℃下进行烘干；
所述去离子水与碳酸氢钠的质量比范围为3.7:1-5.5:1；
所述碳酸氢钠溶液与木块的质量比范围为5.5:1-6.5:1。
2.根据权利要求1所述的木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：所述去离子水与碳酸氢钠的质量比为4.8:1-5.2:1。
3.根据权利要求1所述的木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：所述碳酸氢钠溶液与木块的质量比为5.7:1-6.3:1。
4.根据权利要求1所述的木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：所述木块在碳酸氢钠溶液中的浸泡时间为1.8-2.2h。
5.根据权利要求1所述的木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：所述恒温反应在725℃下进行。
6.根据权利要求1所述的木块制备泡沫炭材料的方法，其特征在于：所述浸泡活化，木块完全浸入溶液中，并且木块之间不互相接触。
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