CN106904625B - 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法 - Google Patents

一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106904625B
CN106904625B CN201710168567.3A CN201710168567A CN106904625B CN 106904625 B CN106904625 B CN 106904625B CN 201710168567 A CN201710168567 A CN 201710168567A CN 106904625 B CN106904625 B CN 106904625B
Authority
CN
China
Prior art keywords
montmorillonite
cellulose
carbon
hydro
thermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710168567.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106904625A (zh
Inventor
蒋引珊
杨广宇
李芳菲
薛兵
杨晓东
徐远俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201710168567.3A priority Critical patent/CN106904625B/zh
Publication of CN106904625A publication Critical patent/CN106904625A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106904625B publication Critical patent/CN106904625B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20—Silicates
    • C01B33/36—Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
    • C01B33/44—Products obtained from layered base-exchange silicates by ion-exchange with organic compounds such as ammonium, phosphonium or sulfonium compounds or by intercalation of organic compounds, e.g. organoclay material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明提出一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法。本发明首先对膨润土进行提纯，使蒙脱石含量达到80wt％以上，配合一定比例的纤维素，经过充分混合、搅拌、超声分散达到纤维素与蒙脱石插层复合的效果，之后采用水热处理方法对复合物料在180‑240℃进行水热炭化2‑12h，得到初步的水热碳/蒙脱土复合物，然后在400‑600℃炭热还原焙烧1‑4h，最终获得产物。本发明的主要特点在于低温水热炭化和炭热还原焙烧相结合，获得性能更优异的碳/蒙脱土复合材料。具有分散性好、热稳定性高，良好的比表面积与吸附性能。

Description

一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法
技术领域
本发明涉及一种纤维素复合插层蒙脱土，生物质炭/蒙脱土复合物的制备方法。属于矿物与碳材料领域。
背景技术
自然界中粘土的存在量巨大，利用层状粘土矿物结构特点开发性能各异产品的报道层出不穷。为了克服蒙脱土在应用中的表面极性大、易团聚等，实现蒙脱土的充分利用，对蒙脱土的复合改性一直是近年研究的热点。生物质炭以其特殊的物理结构、丰富的表面性能和优良的生态环境效应等特点得到快速发展。为综合不同种材料优势，获得性能更优异的碳/蒙脱土复合材料，发挥碳材料和蒙脱土协同效应，本发明申请提出采用炭化方法制备纤维素插层复合碳/蒙脱土新材料。
关于有机物插层蒙脱石制备无机有机复合物研究已有很多报道，如卢杰采用CTAB对膨润土改性，所得有机膨润土颗粒表面由亲水性变为疏水性，可有效吸附去除水中的四氯化碳；Nihal等采用C17H35COONa和C11H23COONa两种羧酸盐改性蒙脱土，结果表明，两种羧酸盐改性剂均插层成功，很好的分散和插层于整个蒙脱土的片层间或吸附于表面等等。但现有技术主要针对粘土的插层剥离，以获得粘土片层为主要目标，虽改良了表面性能，并没有进行炭化处理，生物质炭的优异性能未被开发。
对于将有机物于矿物复合炭化也有相关报道，如Rui Zhang等用葡萄糖180℃水热合成了炭/蒙脱石复合物，比表面积为19.7m2/g，对U(VI)的吸附20.76mg/g；Tie Li用葡萄糖和蒙脱石在180℃水热合成复合物，对Cr(VI)的吸附达到156.25mg/g；LunhongAi用葡萄糖在180℃合成复合物，对亚甲基蓝的吸附达到194.2mg/g。单纯水热法生成的生物质炭比表面积一般较小，一般在20m2/g左右，在蒙脱石表面形成碳及其炭化中间产物的复合物，碳的性能不能充分体现。
中国专利(CN104326470A)介绍了一种制备高比表面积微米级球形活性炭的方法。水热处理后，在N2保护下800℃高温处理，制备出来的球形活性炭，比表面积可达1000m2/g。中国专利(CN105197928A)在H2氛围下加热至800℃，得到比表面积可达4120m2/g的活性炭。以上方法虽得到较高的比表面积，但都需要气氛保护，炭化后需要进一步活化，成本过高，且重复利用性较差。
生物质炭与蒙脱石的充分复合可以改善蒙脱石片层结构分散的稳定性。但单纯的通过水热法制备出的碳/蒙脱石复合物比表面积较小，炭化不彻底，为提高碳比表面积，实现蒙脱石片表面包覆热解碳，均匀稳定，需对性能更优异的生物炭/粘土矿物复合新材料制备方法不断创新。本申请提出采用超声与水热活化协同作用，超声分散促进蒙脱石充分分散，使纤维素充分溶解，聚合的有机小分子充分解聚，水热处理促进纤维素均匀复合在蒙脱石表面与层内外，并通过水热反应，使纤维素分子炭化中间产物与蒙脱石表面结合，在充分反应与复合基础上，对部分水热炭化的复合物进行热解炭化，最终获得热稳定性高，比表面积更大的碳/蒙脱石复合物新材料。比表面积可达160m2/g以上，对30mg/L浓度的亚甲基蓝的吸附达到140mg/g以上。
发明内容
本发明提出一种更有利于获得分散稳定性好、热稳定性高、比表面积大的纤维素/蒙脱土复合物，并在此基础上进一步炭化制备碳/蒙脱土复合物的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
按如下顺序和步骤制备炭/蒙脱土复合物：
1.首先对原料膨润土进行水选提纯，获得蒙脱石含量超过80wt％以上的膨润土为粘土原料；按固体总质量称取30-70wt％的膨润土并添加相应质量分数的纤维素，再加入原料质量10-15倍的水，在常温下经过充分搅拌；之后再经过超声分散0.5-2h。
2.将上述混合均匀的物料移入内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，水热温度为180-240℃,保温时间为2-12h进行水热炭化；之后冷却、固液分离、水洗、干燥，得到水热碳/蒙脱石复合物。
3.将得到的水热碳/蒙脱石复合物采用炭热还原焙烧进行热解处理，热解温度为400-600℃，保温1-4h；之后冷却，得到最终的碳/蒙脱石复合物。
有益效果
本发明提供的方法，有利于合成生物质碳与蒙脱石均匀复合的碳/蒙脱石复合物，该方法能够实现碳与蒙脱石的层内外均匀覆盖，使蒙脱石与碳具有充分的表面复合，高度分散，复合物兼顾蒙脱石与碳的综合性能。蒙脱石与碳的均匀分散与复合，可以在获得蒙脱石高度分散同时，改善蒙脱石片层的表面极性，抑制团聚。该复合物分散性好、热稳定性高，比表面积较大。可以广泛应用于环境净化、功能填料等领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例1、2、3中的碳/蒙脱土复合物炭热还原焙烧后的比表面积和对30mg/L浓度的亚甲基蓝吸附量。
具体实施方式
实施例1
a.取天然产出的膨润土，采用水充分浸泡、搅拌、沉降，提取上层蒙脱石，分离去除石英等比重较大的杂质矿物，获得蒙脱石含量超过85wt％的膨润土；取1.5g提纯膨润土，取羟丙基甲基纤维素3.5g；
b.将膨润土(蒙脱石)原料移入烧杯中加入50mL的水，室温下搅拌30min；
c.将称好的羟丙基甲基纤维素原料加入膨润土分散液中继续混合搅拌30min；之后经过超声分散0.5h；
d.将混合料桨转移到100mL不锈钢内衬聚四氟反应釜中进行水热炭化，水热温度为190℃,保温6h；
e.将水热反应后的混合物真空过滤，并用去离子水冲洗数次；
f.将固体样品放入烘箱中，在90℃烘干8h；
g.烘干后的样品用玛瑙研钵研磨成粉末，制得样品即为水热碳/蒙脱土复合物；
h.将得到的水热碳/蒙脱土复合物在400℃炭热还原焙烧，保温1h；之后冷却，得到最终的碳/蒙脱土复合物。该产物呈黑色粉状，比重小、疏松，比表面积约为154m2/g，对30mg/L浓度的亚甲基蓝的吸附达到134.30mg/g。
实施例2
a.取天然产出的膨润土，采用水充分浸泡、搅拌、沉降，提取上层蒙脱石，分离去除石英等比重较大的杂质矿物，获得蒙脱石含量超过85wt％的膨润土；取膨润土2.5g，羟丙基甲基纤维素2.5g，按照质量百分比称量；
b.将膨润土原料移入烧杯中加入50mL的水，室温下搅拌30min；
c.将称好的羟丙基甲基纤维素原料加入膨润土分散液中混合搅拌30min；之后经过超声分散1h；
d.将混合料桨转移到100mL不锈钢内衬聚四氟反应釜中进行水热炭化，水热温度为210℃,保温8h；
e.将水热反应后的混合物真空过滤，并用去离子水冲洗数次；
f.将固体样品放入烘箱中，在90℃烘干8h；
g.烘干后的样品用玛瑙研钵研磨成粉末，制得样品即为水热炭/蒙脱土复合物；
h.将得到的水热碳/蒙脱土复合物在500℃炭热还原焙烧，保温1h；之后冷却，得到最终的碳/蒙脱土复合物。该产物呈黑色粉状，比重小、疏松，比表面积约为172m2/g，对30mg/L浓度的亚甲基蓝的吸附达到141.34mg/g。
实施例3
a.取天然产出的膨润土，采用水充分浸泡、搅拌、沉降，提取上层蒙脱石，分离去除石英等比重较大的杂质矿物，获得蒙脱石含量超过85wt％的膨润土；取3.5g提纯膨润土，取羟丙基甲基纤维素1.5g；
b.将膨润土(蒙脱石)原料移入烧杯中加入50mL的水，室温下搅拌30min；
c.将称好的羟丙基甲基纤维素原料加入膨润土分散液中继续混合搅拌30min；之后经过超声分散2h；
d.将混合料桨转移到100mL不锈钢内衬聚四氟反应釜中进行水热炭化，水热温度为230℃,保温2h；
e.将水热反应后的混合物真空过滤，并用去离子水冲洗数次；
f.将固体样品放入烘箱中，在90℃烘干8h；
g.烘干后的样品用玛瑙研钵研磨成粉末，制得样品即为水热碳/蒙脱土复合物；
h.将得到的水热碳/蒙脱土复合物在600℃炭热还原焙烧，保温1h；之后冷却，得到最终的碳/蒙脱土复合物。该产物呈黑色粉状，比重小、疏松，比表面积约为186m2/g，对30mg/L浓度的亚甲基蓝的吸附达到150.65mg/g。

Claims (3)

1.一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法是通过以下步骤实现的：
a.取天然产出的膨润土，采用水充分浸泡、搅拌、沉降，提取上层蒙脱石，分离去除石英等比重较大的杂质矿物，获得蒙脱石含量超过85wt％的膨润土原料；按固体总质量称取30-70wt％的蒙脱石含量超过85wt％的膨润土原料并添加相应质量分数的纤维素，在加入10-15倍质量水条件下，常温搅拌均匀，之后再经过超声分散0.5-2h；
b.将上述混合均匀的物料移入内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，水热温度为180-240℃，保温2-12h；之后冷却、固液分离、洗涤、干燥，得到水热碳/蒙脱土复合物；
c.将水热碳/蒙脱土复合物炭热还原焙烧，热解温度为400-600℃，保温1-4h进行煅烧；之后冷却，得到最终的碳/蒙脱土复合物。
2.根据权利要求1中所述的一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法，其特征在于：膨润土是钠基膨润土或钙基膨润土；所述的纤维素是羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素或其他甲基纤维素。
3.根据权利要求1中所述的一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法，其特征在于：超声分散时间为0.5-1h；水热炭化温度为190-230℃，保温时间为3-10h；热解温度为400-500℃，保温时间为1-2h。
CN201710168567.3A 2017-03-21 2017-03-21 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法 Active CN106904625B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710168567.3A CN106904625B (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710168567.3A CN106904625B (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106904625A CN106904625A (zh) 2017-06-30
CN106904625B true CN106904625B (zh) 2019-06-07

Family

ID=59195077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710168567.3A Active CN106904625B (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106904625B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107459045B (zh) * 2017-07-26 2020-11-24 华南理工大学 一种黏土薄膜及其制备方法
CN109999776B (zh) * 2019-04-26 2021-08-31 吉林大学 一种催化生物质糖制备5-羟甲基糠醛的改性蒙脱土催化剂及其制备方法与应用
CN110681371A (zh) * 2019-09-26 2020-01-14 浙江海洋大学 一种用于去除重金属离子天然吸附剂的制备方法
CN110711768A (zh) * 2019-10-18 2020-01-21 国家林业和草原局竹子研究开发中心 一种利用粘土矿物催化裂解生成的有机无机复合体及其应用
CN111040768B (zh) * 2020-01-02 2021-07-16 江苏省农业科学院 一种膨润土改性水热炭材料的制备及其在面源污染减排的应用
CN111437793A (zh) * 2020-03-27 2020-07-24 浙江工业大学 一种叶腊石-碳复合吸附材料及其液相制备方法
CN113861512B (zh) * 2021-09-09 2023-05-05 桂林理工大学 一种粘土矿物/纳米活性炭材料的制备方法
CN113856626A (zh) * 2021-10-11 2021-12-31 盱眙凹土能源环保材料研发中心 凹凸棒石脱色废土水热制备凹凸棒石-活性炭复合材料的方法
CN116042201A (zh) * 2022-11-29 2023-05-02 合肥全景泰益新材料科技有限公司 一种耐温耐盐复合驱油剂及其制备方法
CN115869919B (zh) * 2022-11-30 2024-05-03 南昌大学 一种提高纤维素羧甲基化效率及促进其插入粘土矿物层间的方法、其产物以及应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105315482A (zh) * 2015-12-02 2016-02-10 南京林业大学 各向异性的纳米纤维素/蒙脱土复合气凝胶及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105315482A (zh) * 2015-12-02 2016-02-10 南京林业大学 各向异性的纳米纤维素/蒙脱土复合气凝胶及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
炭化处理高烧失量硅藻土及对天然橡胶的性能补强;薛兵等;《高等学校化学学报》;20110731;第32卷(第7期);第1617-1621页
羧甲基纤维素钠/蒙脱土纳米复合材料的制备及结构表征;王丽等;《硅酸盐学报》;20100930;第38卷(第9期);第1820-1825页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106904625A (zh) 2017-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106904625B (zh) 一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法
CN109516458A (zh) 一种生物质基分级多孔碳及其制备方法
CN104289179B (zh) 一步炭化活化制备凹凸棒石/碳复合材料吸附剂的方法
CN103539119B (zh) 一种用于电化学储能器件的活性炭制备方法
CN104692379A (zh) 一种汉麻秆活性炭及其制备、成型方法和应用
CN103316639A (zh) 一种有机改性海泡石吸附剂的制备方法
CN110064367A (zh) 一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用
CN105733315B (zh) 一种羧甲基纤维素钠插层改性蒙脱土的制备方法
CN110467429A (zh) 一种利用生物炭制备高吸附性陶粒的方法
JP6871657B2 (ja) 植物セルロース製吸着スポンジの製造方法
CN109192524B (zh) 一种活性炭-石墨烯复合多孔材料制备方法
CN102284276A (zh) 由废白土制备复合吸附剂的方法
CN102515156A (zh) 一种稻壳热解灰同步制备水玻璃和活性炭的简单方法
Li et al. Production of activated carbon from cow manure for wastewater treatment
CN102974320A (zh) 一种有机改性凹凸棒石吸附剂的制备方法
CN104396774B (zh) 一种添加多种吸水成分的混合型猫砂及其制备方法
CN101961644A (zh) 一种氯化物-碳质骨架复合吸附剂及其制备方法
CN103771411A (zh) 一种活性炭的制备方法
CN104743554A (zh) 一种制备活性炭的方法和设备
CN110171818A (zh) 一种玉米秸秆中石墨烯的提取方法
CN108117168A (zh) 含有生物酶的水质净化剂的用途
CN106865543B (zh) 一种棉花秸秆无氧蒸气炭化方法
CN103830962B (zh) 一种堇青石复合陶瓷滤芯及其制备方法
CN103803552A (zh) 一种工业硅冶炼还原剂的制备方法
CN103539114B (zh) 一种超级电容器用活性炭预处理制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant