CN110193367A - 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110193367A
CN110193367A CN201910471747.8A CN201910471747A CN110193367A CN 110193367 A CN110193367 A CN 110193367A CN 201910471747 A CN201910471747 A CN 201910471747A CN 110193367 A CN110193367 A CN 110193367A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
gac
preparation
carbon composite
iron carbon
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.)
Pending
Application number
CN201910471747.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王海旺
李金龙
晁力
蒋璐虹
冀成
车玲
商正
孟凡胜
魏新芳
付守军
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.)
Northeastern University Qinhuangdao Branch
Original Assignee
Northeastern University Qinhuangdao Branch
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 Northeastern University Qinhuangdao Branch filed Critical Northeastern University Qinhuangdao Branch
Priority to CN201910471747.8A priority Critical patent/CN110193367A/zh
Publication of CN110193367A publication Critical patent/CN110193367A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0225—Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法，是以微米级炭微球（GAC）作为复合材料的载体，基于柯肯达尔效应，在空气燃烧的驱动力下促使纳米级单质铁扩散到炭微球表面。其中，炭微球是经过悬浮聚合法制备得到，GAC‑GAC‑nZVI的制备是通过还原剂还原硫酸亚铁和包覆酚醛树脂‑碳化‑空烧，依据柯肯达尔效应制得。本发明提供的这种制备GAC‑GAC‑nZVI的方法不仅实现了对活性炭孔结构进行优化，并同时保证了纳米级单质铁的均匀分散，GAC‑GAC‑nZVI的吸附降解性能大大提高。

Description

一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁碳材料领域，尤其是一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法。
背景技术
碳材料包括碳纳米管，石墨烯和纳米多孔碳，具有特殊的表面积，高孔隙率和可控的纳米结构。这些独特的功能已经被广泛用于许多实际应用。这些有趣的结构特征使其可用于各种应用，包括吸附介质，色谱分离系统，催化剂载体纳米反应器和电池电极，以及超级电容器。
使用碳材料作为催化剂载体是碳材料实际应用的最重要领域之一，包括催化湿法处理废水催化湿润污染土壤已有许多研究和实际应用报道。然而，在活性炭的制备中，通常有以下方法来实现比表面积的增加，并且这些方法存在盲目追求高比表面积的问题，导致微观的破坏。活性炭的形貌结构，即高比例。表面积不均衡，微孔结构良好，比表面积越大，甚至可能破坏活性炭的微观结构。目前所缺乏的是增加活性炭的比表面积同时还满足活性炭介孔结构的设计来优化活性炭孔的实际应用。在活性炭的制备和应用中，如果它满足活性炭高的比表面积及具有良好孔结构的活性炭，活性炭的应用肯定会产生倍增效应。
发明内容
为了实现新型结构的铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI）的结构优化设计，本发明的目的在于提供新型结构的铁碳复合材料及其制备方法，利用活性炭微球制备铁碳复合材料处理甲基橙溶液。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种新型铁碳复合材料，所述新型铁碳复合材料包括以微米级的活性炭微球为复合材料的载体，纳米级单质铁均匀扩散到炭微球的空隙内及表面。
进一步的，所述活性炭微球是通过悬浮聚合法制备，所述的新型铁碳复合材料的制得是通过结合传统的铁碳复合材料（GAC-nZVI）制备工艺并包覆酚醛树脂经碳化，再经空烧，利用柯肯达尔效应来完成该复合材料的制备。
本发明还提供一种新型结构的铁碳复合材料制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；
S2、铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂经碳化及利用柯肯达尔效应在空气中加热，制备得到铁碳复合材料。
进一步的，所述步骤S1微米级活性炭微球的制备，具体包括以下步骤：
S1.1、先将苯酚与甲醛的摩尔比为1：2-2.5的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在95-970C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤，最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中，通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C-11000C的二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，自然冷却至室温，其中，所述高温气氛炉的升温速率为30C/min。
进一步的，所述步骤S2铁炭复合材料的制备，具体包括以下步骤：
S2.1、取微米级活性炭微球置于配制醇水比为3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将传统铁碳复合材料在氮气流3Lmin-1下以30C/min的加热速度分别加热至4000C、5000C、6000C、7000C，8000C，整个加热过程保持30min，温度自然冷却降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将传统铁碳复合材料经过温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂的乙醇溶液，充分浸泡90min后，较低温度下烘干；置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，自然冷却将气氛炉冷却至室温；最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温60min，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
进一步的，所述步骤S2.3中的乙醇溶液在使用之前需要进行脱氧处理。
本发明的有益之处在于：依据柯肯达尔效应创造性的在活性炭上负载了纳米级单质铁，在优化活性炭结构的前提下大幅度提高其比表面积。采用了简单低成本液相还原法合成新型铁碳复合材料。在合成新型铁碳复合材料过程中为了提高GAC的比表面积及避免纳米铁团聚失活，我们在传统制备GAC-nZVI的工艺基础上又基于柯肯达尔效应，对GAC-nZVI又进行了进一步的结构设计，保证其纳米级单质铁均匀分散在GAC上。我们的方法很好的实现了该碳材料具有结构稳定与高比表面积的性能，并在活性炭上负载了纳米级单质铁，大大提升了其吸附降解的性能。
附图说明
图1是本发明制备新型铁碳复合材料的流程图
图2是本发明吸附降解甲基橙的原理图；
图3是本发明不同材料的红外光谱图；
图4是本发明中不同制备条件的铁碳材料对甲基橙的去除率图；
图5是本发明中三种不同材料的孔结构参数图；
图6是不同材料的孔径分布图；
图7是新型铁碳复合材料的SEM图；
图7a是新型铁碳复合材料的外观图；
图7b是新型铁碳复合材料的分散图。
其中：1-GAC;2-Nzvi。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在此提供的作用仅为作为优选实施例而已，具有相同或者等同作用的试剂均在本发明的保护范围之内。
一种新型铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI），是以微米级的活性炭微球为复合材料的载体，纳米级单质铁负载到炭微球的空隙内及表面,其中活性炭微球是通过悬浮聚合法制备，而新型铁碳复合材料又借鉴了传统的制备工艺并包覆酚醛树-碳化-空烧,利用柯肯达尔效应使纳米级单质铁均匀良好的扩散到活性炭微球的表面及空隙内。
图3是GAC（图3a）及GAC-GAC-nZVI反应前（图3b）后（图3c）。从图中不同样品的对比可以看出,样品b 在457cm-1和517cm-1处的新带对应于Fe-O伸展，表明新型铁碳复合材料被部分氧化。然而，在与MO反应后，GAC-nZVI的新结构中没有出现Fe-O和新产物可能是由于它们的浓度太低而不能使用FTIR检测。
图5显示了三种材料的孔结构的多种参数。nZVI-GAC的孔体积分别为597.178m2/g和0.366486cc/g。相比之下，nZVI-GAC（6000C）显示出比nZVI-GAC更大的BET表面积（704.919m 2/g）和孔体积（0.366622cc/g）。表明加热可以促进nZVI的分散，增加GAC比表面积和孔体积。 GAC-GAC-nZVI具有最大表面积SBET（1347.287m2 /g）和多孔（0.735180cc/g），表明GAC的孔结构得到优化，大大的提升了比表面积，这是nZVI由内部扩散到表面从而对GAC扩孔造成的影响，并同时保证纳米铁均匀负载到GAC表面。
图6显示了三种材料的孔径分布和吸附解吸曲线。在图6中，a代表nZVI-GAC，b代表nZVI-GAC（6000C），它是在6000C下加热nZVI-GAC后得到的，c代表GAC-GAC-nZVI。通过分析图6，我们发现nZVI-GAC和nZVI-GAC（6000C）的孔径分布基本上是一致的，孔径主要集中在10nm和21nm。由于孔径基本上是一致的，因此两种材料的比表面积不会改变。但是，图6c所示，可以发现GAC-GAC-nZVI在10nm和21nm范围内的孔径变多并且部分地产生15-20nm的孔径，表明碳材料孔结构的发生变化。平均孔径变大，这也直接导致碳材料的比表面积的大幅增加。
图7是GAC-GAC-nZVI的SEM照片，从图7a可以观察到可以观察到GAC-GAC-nZVI的外观是光滑的和球形的。在图7b中可以更直观地看到nZVI的分散性，说明表面涂覆均匀的纳米铁（nZVI）。
实施例1
一种新型铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI）的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在950C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤，最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化1小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取800mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1下以30C的加热速度加热至4000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液，该溶液要事先进行脱氧处理，充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温1h，自然冷却将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温1h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例2
一种新型铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI）的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2.5的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在960C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤，最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10500C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取600mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1下以13.50C的加热速度加热至5000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液，该溶液事先要进行脱氧处理，充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，以30C/min将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温1.5h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例3
一种新型铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI）的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在970C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤。最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min。将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，自然冷却至室温，升温速率为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并利用柯肯达尔效应包覆酚醛树脂并在空气中加热，制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取400mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986g
FeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1以30C的加热速度加热至6000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液（该溶液要进行脱氧处理），充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，自然冷却将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温2h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例4
一种新型铁碳复合材料（GAC-GAC-nZVI）的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.、然后整个体系在970C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤。最后在700C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化3小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取800mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1下以30C的加热速度加热至7000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液（该溶液要进行脱氧处理），充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C保温3h，将气氛炉自然冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温2.5h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例5
一种新型铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在950C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤。最后在700C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4 7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取266mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1下以30C的加热速度加热至8000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液（该溶液要进行脱氧处理），充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，自然冷却将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温3h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例6
一种新型铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在950C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤。最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取200mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流3Lmin-1下以30C的加热速度加热至8000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液（该溶液要进行脱氧处理），充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，自然冷却将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温3.5h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
实施例7
一种新型铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；具体包括如下步骤：
S1.1、苯酚与甲醛的摩尔比为1：2的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在950C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤。最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中。通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，升温速率为30C/min，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，冷却至室温，升温速度为30C/min；
S2、新型铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4 7H2O,并包覆酚醛树脂-碳化-空烧，利用柯肯达尔效应制备得到GAC-GAC-nZVI，具体包括如下步骤：
S2.1、取800mg微米级活性炭微球置于配制醇水比3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将GAC-nZVI在氮气流500mlmin-1下以50C的加热速度加热至4000C保持30min，温度降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将GAC-nZVI经过最佳温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂（五组不同浓度）的乙醇溶液（该溶液要进行脱氧处理），充分浸泡90min后，较低温度下烘干。置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温1h，自然冷却将气氛炉冷却至室温。最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温4h，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。本发明的新型铁碳复合材料先由甲醛、苯酚制备活性炭微球，在和FeSO4·7H2O混合通过还原剂还原使单质铁负载到活性炭表面及空隙内部，再包覆层酚醛树脂-碳化-空烧，根据柯肯达尔效应形成新型结构的复合材料。
本发明的新型铁碳复合材料，活性炭微球载体比表面积达到1347.287 m2/g，具有优异的吸附降解性能，吸附降解效果远优于市场的普通的活性炭及铁碳复合材料。
本发明的新型铁碳复合材料还具的特殊的结构，不同于传统的复合材料，是通过柯肯达尔效应来实现铁原子在碳中扩散制备GAC-GAC-nZVI。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种新型结构的铁碳复合材料，其特征在于：所述铁碳复合材料包括以微米级的活性炭微球为复合材料的载体，纳米级单质铁均匀扩散到炭微球的空隙内及表面。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的铁碳复合材料，其特征在于：所述活性炭微球是通过悬浮聚合法制备，所述的铁碳复合材料的制得是通过结合传统的铁碳复合材料制备工艺并包覆酚醛树脂经碳化，再经空烧，利用柯肯达尔效应来完成该复合材料的制备。
3.一种如权利要求1所述新型结构的铁碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、微米级的活性炭微球的制备：通过悬浮聚合法来制备活性炭微球；
S2、铁碳复合材料的制备：以S1中制备得到活性炭微球为载体，通过还原剂硼氢化钾还原FeSO4·7H2O,并包覆酚醛树脂经碳化及利用柯肯达尔效应在空气中加热，制备得到铁碳复合材料。
4.根据权利要求3要求所述的新型结构的铁碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1微米级活性炭微球的制备，具体包括以下步骤：
S1.1、先将苯酚与甲醛的摩尔比为1：2-2.5的混合物溶于300ml水中，然后将10g三乙胺和1.7g阿拉伯树胶粉混合；
S1.2、然后整个体系在95-970C的温度下反应5小时，通过抽滤从反应液中收集酚醛树脂微球，并用水和乙醇反复洗涤，最后在600C干燥；
S1.3、将酚醛树脂微球放入带坩埚的高温气氛炉中，通过在8000C的温度下在氮气气氛中炭化2小时来收集碳微球并冷却至室温，将碳微球放入带坩埚的高温气氛炉中，活性炭微球通过在10000C-11000C的二氧化碳气氛下活化1.5小时而收集，自然冷却至室温，其中，所述高温气氛炉的升温速率为30C/min。
5.根据权利要求3所述的新型结构的铁碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2铁炭复合材料的制备，具体包括以下步骤：
S2.1、取微米级活性炭微球置于配制醇水比为3:7的100ml溶液，将1.986gFeSO4·7H2O溶于该溶液中；
S2.2、将传统铁碳复合材料在氮气流3Lmin-1下以30C/min的加热速度分别加热至4000C、5000C、6000C、7000C，8000C，整个加热过程保持30min，温度自然冷却降到室温后于氮气瓶中保存；
S2.3、将传统铁碳复合材料经过温度处理后，置于已经溶解了酚醛树脂的乙醇溶液，充分浸泡90min后，较低温度下烘干；置于管式炉内通氮气流3Lmin-1状态下，以30C/min的升温速率升温到8000C，保温2h，自然冷却将气氛炉冷却至室温；最后置于马弗炉内通空气状态下，加热至2800C保温60min，自然冷却降温至室温，并进氢气还原后保存。
6.根据权利要求5所述的新型结构的铁碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2.3中的乙醇溶液在使用之前需要进行脱氧处理。
CN201910471747.8A 2019-05-31 2019-05-31 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法 Pending CN110193367A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910471747.8A CN110193367A (zh) 2019-05-31 2019-05-31 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910471747.8A CN110193367A (zh) 2019-05-31 2019-05-31 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110193367A true CN110193367A (zh) 2019-09-03

Family

ID=67753660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910471747.8A Pending CN110193367A (zh) 2019-05-31 2019-05-31 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110193367A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112499625A (zh) * 2020-11-06 2021-03-16 蒲泽双 一种特殊药用悬浮法酚醛树脂微球及其活性炭球的制备工艺
CN116060004A (zh) * 2021-10-30 2023-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种铁碳缓释材料及其制备方法与应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774577A (zh) * 2010-01-08 2010-07-14 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 酚醛树脂活性炭微球及其快速制备方法
CN102585969A (zh) * 2012-02-16 2012-07-18 华北电力大学 无核空腔结构新型铁基载氧体及其制备方法
CN103657545A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 复旦大学 具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料及其制备方法
CN106824079A (zh) * 2017-03-01 2017-06-13 东北大学秦皇岛分校 一种以废旧酚醛泡沫为原料制备炭微球的方法
CN107469824A (zh) * 2017-09-26 2017-12-15 天津工业大学 一种碳包覆的中空晶体氧化镍的乙醇氧化催化剂的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774577A (zh) * 2010-01-08 2010-07-14 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 酚醛树脂活性炭微球及其快速制备方法
CN102585969A (zh) * 2012-02-16 2012-07-18 华北电力大学 无核空腔结构新型铁基载氧体及其制备方法
CN103657545A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 复旦大学 具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料及其制备方法
CN106824079A (zh) * 2017-03-01 2017-06-13 东北大学秦皇岛分校 一种以废旧酚醛泡沫为原料制备炭微球的方法
CN107469824A (zh) * 2017-09-26 2017-12-15 天津工业大学 一种碳包覆的中空晶体氧化镍的乙醇氧化催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAIWANG WANG ET AL.: ""Preparation of novel carbon spheres based on molecular design and adsorption/degradation of methyl orange"", 《JOURNAL OF DISPERSION SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112499625A (zh) * 2020-11-06 2021-03-16 蒲泽双 一种特殊药用悬浮法酚醛树脂微球及其活性炭球的制备工艺
CN116060004A (zh) * 2021-10-30 2023-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种铁碳缓释材料及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102442665B (zh) 一种热处理活性炭及其制备方法
CN104692357B (zh) 一种碳纳米管/炭多级孔球形复合材料及其制备方法
CN110504431B (zh) 一种二硫化钼/石墨烯/碳复合材料及其应用
CN102746022B (zh) 可控双峰多孔结构Al2O3陶瓷材料的制备方法
CN110193367A (zh) 一种新型结构的铁碳复合材料及其制备方法
CN110102260A (zh) 一种铁锰氧化物-生物炭复合材料及其制备方法与应用
CN106362719B (zh) 一种改性活性炭和制备方法及其应用
CN109110742B (zh) 利用锰化合物制备的中孔炭及制备方法
CN106512598A (zh) 具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法
CN101876095A (zh) 一种多孔碳化硅纤维及其制备方法
CN105237034A (zh) 一种基于模板制备多孔碳化硅陶瓷的方法
WO2009077179A2 (en) Activated carbon from microcrystalline cellulose
CN110404576A (zh) 三维大孔-介孔复合结构的自支撑Fe-N-C纳米电催化剂材料及其制备方法
CN102614856A (zh) 一种介孔氧化铝负载型金属催化剂的制备方法及应用
CN105621390A (zh) 杂原子掺杂碳空心微球的制备方法
CN115043479A (zh) 一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用
CN106391080B (zh) 高氯酸铵内嵌的碳/金属氧化物复合催化剂及其制备方法
CN101219785B (zh) 以聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈核壳聚合物为前驱体制备炭纳米空心球的方法
Shen et al. Preparation of mesoporous carbon from commercial activated carbon with steam activation in the presence of cerium oxide
CN113201809A (zh) 一种分级多孔碳基复合超级电容器电极材料及其制备方法
CN104445181B (zh) 一种活性炭及其制备方法
CN101844070B (zh) 一种具有皮芯复合结构的多孔活性炭纤维吸附材料及其制备
CN107055503B (zh) 一种中孔炭材料的制作方法
CN108275682A (zh) 三维分级多孔空心碳球材料的制备方法
CN111477890A (zh) 一种碳纤维包覆纳米Co3O4的氧还原催化剂及其制法

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190903

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication