CN112225212A - 一种石墨化层级多孔炭的制备方法 - Google Patents
一种石墨化层级多孔炭的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112225212A CN112225212A CN202011128298.6A CN202011128298A CN112225212A CN 112225212 A CN112225212 A CN 112225212A CN 202011128298 A CN202011128298 A CN 202011128298A CN 112225212 A CN112225212 A CN 112225212A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphitized
- porous carbon
- preparation
- hydrothermal
- hierarchical porous
- 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.)
- Granted
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 79
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229960002635 potassium citrate Drugs 0.000 claims abstract description 8
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 8
- 235000011082 potassium citrates Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 229960002413 ferric citrate Drugs 0.000 claims abstract description 7
- NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K iron(III) citrate Chemical compound [Fe+3].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- HUTBITLDXCEAPZ-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid;iron Chemical compound [Fe].OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O HUTBITLDXCEAPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002149 hierarchical pore Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 14
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 13
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 12
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 12
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 12
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 238000002159 adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 2
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002599 biostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229960003975 potassium Drugs 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/205—Preparation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨化层级多孔炭的制备方法，所述制备方法为：生物质原料经水热炭化后，得到水热炭，水热炭采用复合活化剂柠檬酸钾和柠檬酸铁进行活化，活化后酸洗得到石墨化层级多孔炭。本发明制备方法制得的产物石墨化程度高，具有层级孔(微‑介)结构，介孔的存在有助于有机污染物的快速、高效的吸附和去除，因此本发明制备方法不仅增大了材料的比表面积和孔隙率，进而增大其吸附能力，而且石墨化结构可以改善生物炭与有机污染物的π‑π相互作用，进一步增大了其吸附去除有机污染物的能力，最后，本发明制备方法工艺简单，无需使用复杂的合成设备和腐蚀性试剂，制得的产物对水中的有机染料吸附性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨化层级多孔炭的制备方法。
背景技术
生物质是指通过光合作用生成的有机物，主要包含秸秆、果皮、木屑、稻壳、树枝、杂草等农林废弃物，畜禽粪便，污泥以及生活垃圾等。生物质随意焚烧会产生大量颗粒物和有害气体，增加雾霾，严重影响大气环境，降低空气质量，从而对人体健康产生威胁。生物质主要是由C、H、O、N、P、S等元素构成，灰分含量低，被称为绿色煤炭。我国生物质的产量及开发利用的潜能很大，将生物质转化成高品质、高性能的生物质炭，既可实现生物质废弃物的高价值利用，又带动了农、林、畜、牧业的发展，促进了生态的良性循环。
目前以生物质为原料，通过水热炭化(HTC)能够制备一种富碳材料。与热解炭化相比，HTC具有以下优点：炭化温度较低(170～280℃)；消除了生物质的预干燥要求；生成更多的表面含氧官能团。尽管水热炭具有许多优点，但其比表面积小、孔隙率低、吸附能力差，阻碍了其工业应用。为了解决水热炭比表面积小、孔隙率低的问题，广泛采用酸、碱和氯化锌作为活化剂，以提高其孔隙率，增大其吸附能力。然而，这些工艺存在许多缺陷，包括需要使用大量腐蚀性化学品，需要采用专用设备和严格的洗涤条件。据文献报道，单独氢氧化钾活化只能获得微孔(＜2nm)，很难获得中孔(2-50nm)，且无法控制孔结构。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中提高水热炭比表面积以及孔隙率的工艺存在的工艺过程复杂，工艺条件苛刻以及终产品无法获得介孔的问题，提供一种石墨化层级多孔炭的制备方法，该制备方法得到的多孔炭材料不仅具有石墨化结构，而且在具有大量微孔的同时具备大量介孔。
技术方案：本发明所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，所述制备方法为：生物质原料经水热炭化后，得到水热炭，水热炭采用复合活化剂柠檬酸钾和柠檬酸铁进行活化，活化后酸洗得到石墨化层级多孔炭。
其中，所述水热炭与柠檬酸钾与柠檬酸铁的加入质量比为1∶2～4∶2～4。
上述石墨化层级多孔炭的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将生物质粉末与水混合，进行水热反应；
(2)水热反应后，将反应产物冷却至室温，用稀盐酸和水冲洗，干燥后得到水热炭；
(3)将水热炭与复合活化剂混合，于氮气氛围下进行加热反应；
(4)用稀盐酸和水依次冲洗反应后的产物，直至冲洗产物后的冲洗液的pH为中性，干燥，得到石墨化层级多孔炭。
其中，步骤(1)中，对应每1g生物质粉末，加入水的体积为6～7mL；水热反应的条件为：将混合物以10℃/min的升温速率加热到200～220℃后反应10～12h。
其中，步骤(3)中，所述氮气流速为200-400mL/min，反应温度为600-800℃，反应时间为2～3h。
其中，步骤(4)中，稀盐酸的浓度为0.1～0.5mol/L；干燥温度为95～105℃，干燥时间为12～14h。
本发明制备工艺的机理为：柠檬酸钾和柠檬酸铁在高温过程中反应生成碳酸盐，碳酸盐分解成二氧化碳和金属，其中二氧化碳将炭冲孔，金属附着在炭上，用稀酸清洗后去除金属，进而产生更多孔径；另一方面生成的铁具有催化剂作用，能够提高炭的石墨化程度，最后，由于金属钾和铁尺寸的区别，因此能生成微孔和介孔共存的石墨化层级多孔炭。
有益效果：本发明制备方法制得的产物石墨化程度高，具有层级孔(微-介)结构，介孔的存在有助于有机污染物的快速、高效的吸附和去除，因此本发明制备方法不仅增大了材料的比表面积和孔隙率，进而增大其吸附能力，而且石墨化结构可以改善生物炭与有机污染物的π-π相互作用，进一步增大了其吸附去除有机污染物的能力，最后，本发明制备方法工艺简单，无需使用复杂的合成设备和腐蚀性试剂，制得的产物对水中的有机染料吸附性能良好。
附图说明
图1为实施例1制得的水热炭的N2吸附-解吸附等温线图；
图2为实施例1制得的石墨化层级多孔炭的N2吸附-解吸附等温线图；
图3为实施例1制得的水热炭的扫描电镜图；
图4为实施例1制得的石墨化层级多孔炭的扫描电镜图；
图5为实施例1制得的水热炭的拉曼图；
图6为实施例1制得的石墨化层级多孔炭的拉曼图；
图7为实施例1制得的水热炭的XRD图；
图8为实施例1制得的石墨化层级多孔炭的XRD图；
图9为实施例1制得的石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附动力学图；
图10为实施例1制得的石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附动力学图；
图11为实施例1制得的石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附等温线图；
图12为实施例1制得的石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附等温线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
本发明石墨化层级多孔炭的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备水热炭：首先将棉花秸秆用去离子水清洗去除表面杂质，然后将清洗后的棉花秸秆放入105℃烘箱中干燥12h，用粉粹机粉粹后通过30目筛，得到棉花秸秆粉末；水热炭化实验是在高温高压反应釜中进行，将大约10g棉花秸秆粉末和60mL去离子水装入石英管中，将装有反应物料的石英管置于主反应器中，在主反应器最终密封之前，将反应器用氩气吹扫(纯度为99.999％)以提供无氧环境；在自生压力1.5～5MPa下，将反应器以10℃/min的升温速率加热到200℃，且恒温保持12h；在预定停留时间结束时，使反应器冷却至室温，并将产物从石英管中取出；通过真空过滤设备分离碳化的固体产物(水热炭)，依次用浓度为0.1mol/L稀盐酸和去离子水洗涤数次，直至液体呈无色透明，且pH为中性；最后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h，以除去残留的水分，最后过20～40目筛，得到棕色粉末物质，将其保存在密封玻璃容器中以用于下一步实验；
(2)制备石墨化层级多孔炭：将步骤(1)获得的水热炭与柠檬酸钾、柠檬酸铁以质量比1∶2∶2混合，将混合物研磨均匀，倒入坩埚后，置于管式炉中，管式炉气氛为氮气，流速为200mL/min，升温速率为5℃/min，到达800℃后反应2h，冷却至室温；将得到的粉末依次用浓度为0.1mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤，除去残留的化学物质；采用去离子水重复洗涤直到冲洗水的pH值为中性为止，最后将产物置于105℃鼓风干燥箱中干燥12h，制得石墨化层级多孔炭。
将其保存在密封玻璃容器中以用于吸附实验。
通过图1、图3和图5可知，水热炭的比表面积为6m2/g，比表面积小；表面光滑无缺陷，说明其孔隙率低；其ID/IG＝0.7476；通过图7可知，在22.48处只有一个明显的衍射峰，对应于石墨碳的(002)晶面。
通过图2、图4和图6可知，石墨化层级多孔炭的比表面积为2340m2/g，且表面缺陷较多，有利于吸附，其ID/IG＝0.9794(ID/IG比值越高说明材料的表面缺陷越多)；通过图8可知，在24.66和43.56处有两个峰，分别属于石墨碳的(002)和(100)晶面，说明石墨化程度更高。
实施例2
本发明石墨化层级多孔炭的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)制备水热炭：首先将棉花秸秆用去离子水清洗去除表面杂质，然后将清洗后的棉花秸秆放入105℃烘箱中干燥12h，用粉粹机粉粹后通过30目筛，得到棉花秸秆粉末；水热炭化实验是在高温高压反应釜中进行，将大约10g棉花秸秆粉末和70mL去离子水装入石英管中，将装有反应物料的石英管置于主反应器中，在主反应器最终密封之前，将反应器用氩气吹扫(纯度为99.999％)以提供无氧环境；在自生压力1.5～5MPa下，将反应器以10℃/min的升温速率加热到220℃，且恒温保持10h；在预定停留时间结束时，使反应器冷却至室温，并将产物从石英管中取出；通过真空过滤设备分离碳化的固体产物(水热炭)，依次用浓度为0.1mol/L稀盐酸和去离子水洗涤数次，直至液体呈无色透明，且pH为中性；最后在105℃鼓风干燥箱中干燥12h，以除去残留的水分，最后过20～40目筛，得到棕色粉末物质，将其保存在密封玻璃容器中以用于下一步实验；
(2)制备石墨化层级多孔炭：将步骤(1)获得的水热炭与柠檬酸钾、柠檬酸铁以质量比1∶4∶4混合，将混合物研磨均匀，倒入坩埚后，置于管式炉中，管式炉气氛为氮气，流速为400mL/min，升温速率为5℃/min，到达600℃后反应3h，冷却至室温；将得到的粉末依次用浓度为0.5mol/L的稀盐酸和去离子水洗涤，除去残留的化学物质；采用去离子水重复洗涤直到冲洗水的pH值为中性为止，最后将产物置于95℃鼓风干燥箱中干燥14h，制得石墨化层级多孔炭。
采用实施例1制得的石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝进行吸附：
将亚甲基蓝溶解在去离子水中作为储备溶液，然后稀释至含有浓度0.02mol/L的NaCl(保持恒定离子强度)和浓度200mg/L proclin(生物抑制剂)的背景溶液中(pH＝7.0±1)。所有的吸附实验均在具塞玻璃锥形瓶中进行。用初始浓度分别为60、70、80、90、100、110和120mg/L的亚甲基蓝溶液进行吸附等温实验，每个具塞玻璃锥形瓶中均加入10mg石墨化层级多孔炭。将具塞锥形瓶置于黑暗环境中，并在室温(25±1℃)下借助旋转摇床(150rpm)保持48h。之后，将混合物以10000rpm离心20min，取上清液过0.45μm的膜滤器，于紫外检测器664nm处测定。石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附能力用以下方程计算：
其中：V(L)表示亚甲基蓝溶液的体积；C0(mg/L)和Ct(mg/L)分别表示亚甲基蓝溶液的初始浓度和平衡浓度。m(g)表示多孔炭的加入质量；Qt(mg/g)表示石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附量。
图9是亚甲基蓝初始浓度为70mg/L时的吸附动力学图，在前60min，由于固液界面的高浓度差，传质驱动力增强，导致石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附量迅速增加。在80-200分钟内，亚甲基蓝去除率增长缓慢，这可能是由于有效活性位点和有效面积的减少所致铁。在260-520分钟内没有显著变化，这意味着达到吸附平衡。图11是石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的吸附等温线图，随着平衡浓度的不断增加，吸附量也在不断变大，石墨化层级多孔炭对亚甲基蓝的最大吸附量为：659.61mg/g。
采用实施例1制得的石墨化层级多孔炭对甲基橙进行吸附：
将甲基橙溶解在去离子水中作为储备溶液，然后稀释至含有0.02mol/LNaCl(保持恒定离子强度)和200mg/Lproclin(生物抑制剂)的背景溶液中(pH＝7.0±1)。所有的吸附实验均在具塞玻璃锥形瓶中进行。用初始浓度分别为40、50、60、70、80、90和100mg/L的甲基橙溶液进行吸附等温实验，每个具塞玻璃锥形瓶中均加入10mg石墨化层级多孔炭。将具塞锥形瓶置于黑暗环境中，并在室温(25±1℃)下借助旋转摇床(150rpm)保持48h。之后，将混合物以10000rpm离心20min，取上清液过0.45μm的膜滤器，于紫外检测器464nm处测定。石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附能力用以下方程计算：
其中：V(L)表示甲基橙溶液的体积；C0(mg/L)和Ct(mg/L)分别表示甲基橙溶液的初始浓度和平衡浓度。m(g)表示多孔炭的质量；Qt(mg/g)表示石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附量。
图10是甲基橙初始浓度为50mg/L时的吸附动力学图，在前60min，由于固液界面的高浓度差，传质驱动力增强，导致石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附量迅速增加。在80-200分钟内，甲基橙去除率增长缓慢，这可能是由于有效活性位点和有效面积的减少所致铁。在260-520分钟内没有显著变化，这意味着达到吸附平衡。图12是石墨化层级多孔炭对甲基橙的吸附等温线图，随着平衡浓度的不断增加，吸附量也在不断变大，石墨化层级多孔炭对甲基橙的最大吸附量为：529.17mg/g。
Claims (6)
1.一种石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：生物质原料经水热炭化后，得到水热炭，水热炭采用复合活化剂柠檬酸钾和柠檬酸铁进行活化，活化后酸洗得到石墨化层级多孔炭。
2.根据权利要求1所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于：所述水热炭与柠檬酸钾与柠檬酸铁的加入质量比为1∶2～4∶2～4。
3.根据权利要求2所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将生物质粉末与水混合，进行水热反应；
(2)水热反应后，将反应产物冷却至室温，用稀盐酸和水冲洗，干燥后得到水热炭；
(3)将水热炭与复合活化剂混合，于氮气氛围下进行加热反应；
(4)用稀盐酸和水依次冲洗反应后的产物，直至冲洗产物后的冲洗液的pH为中性，干燥，得到石墨化层级多孔炭。
4.根据权利要求3所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，对应每1g生物质粉末，加入水的体积为6～7mL；水热反应的条件为：将混合物以10℃/min的升温速率加热到200～220℃后反应10～12h。
5.根据权利要求3所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述氮气流速为200-400mL/min，反应温度为600-800℃，反应时间为2～3h。
6.根据权利要求3所述的石墨化层级多孔炭的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，稀盐酸的浓度为0.1～0.5mol/L；干燥温度为95～105℃，干燥时间为12～14h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011128298.6A CN112225212B (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种石墨化层级多孔炭的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011128298.6A CN112225212B (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种石墨化层级多孔炭的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112225212A true CN112225212A (zh) | 2021-01-15 |
| CN112225212B CN112225212B (zh) | 2022-07-26 |
Family
ID=74118451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011128298.6A Active CN112225212B (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种石墨化层级多孔炭的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112225212B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113769709A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-10 | 塔里木大学 | 一种枣树枝条制备改性生物炭吸附材料的制备方法 |
| CN115196834A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-18 | 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) | 面源污染处理装置、吸附材料及可渗透反应墙的制备方法 |
| CN115744891A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 安徽工业大学 | 金属盐两步催化聚丙烯碳化制备石墨化多孔碳材料的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107934958A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-04-20 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种绿色活化剂在制备多孔炭材料中的应用 |
| CN108996486A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-14 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种分级多孔炭及其制备方法和应用 |
| CN110436458A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-12 | 中国地质大学（北京） | 一种蟹壳基生物多孔炭材料及其制备方法 |
| CN111375380A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-07 | 东南大学 | 一种棉花秸秆基改性水热碳的制备与应用 |
-
2020
- 2020-10-20 CN CN202011128298.6A patent/CN112225212B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107934958A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-04-20 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种绿色活化剂在制备多孔炭材料中的应用 |
| CN108996486A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-14 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种分级多孔炭及其制备方法和应用 |
| CN110436458A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-12 | 中国地质大学（北京） | 一种蟹壳基生物多孔炭材料及其制备方法 |
| CN111375380A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-07 | 东南大学 | 一种棉花秸秆基改性水热碳的制备与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LU GUAN ET AL.: "Green and scalable synthesis of porous carbon nanosheet-assembled hierarchical architectures for robust capacitive energy harvesting", 《CARBON》 * |
| QIANG CHEN ET AL.: "Biomass-derived porous graphitic carbon materials for energy and environmental applications", 《J.MATER.CHEM. A》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113769709A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-10 | 塔里木大学 | 一种枣树枝条制备改性生物炭吸附材料的制备方法 |
| CN113769709B (zh) * | 2021-09-26 | 2022-08-26 | 塔里木大学 | 一种枣树枝条制备改性生物炭吸附材料的制备方法 |
| CN115196834A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-18 | 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) | 面源污染处理装置、吸附材料及可渗透反应墙的制备方法 |
| CN115744891A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 安徽工业大学 | 金属盐两步催化聚丙烯碳化制备石墨化多孔碳材料的方法 |
| CN115744891B (zh) * | 2022-11-10 | 2024-01-30 | 安徽工业大学 | 金属盐两步催化聚丙烯碳化制备石墨化多孔碳材料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112225212B (zh) | 2022-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110586038B (zh) | 一种生物炭负载纳米零价铁材料及其应用 | |
| CN112225212B (zh) | 一种石墨化层级多孔炭的制备方法 | |
| CN112387269A (zh) | 剩余污泥和榛子壳共热解制备生物炭及其光催化改性方法 | |
| CN109292883A (zh) | 一种石墨化生物炭及其降解水体中有机污染物的方法 | |
| CN108889270B (zh) | 一种载镁的酸改性膨胀蛭石复合吸附材料的制备方法及其应用 | |
| CN106732375A (zh) | 一种粘土矿物质改性生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN107814385B (zh) | 一种利用生物质焦处理工业废水并制备石墨型多孔碳材料的方法 | |
| CN113457624A (zh) | 一种改性菌渣生物炭及其制备方法 | |
| CN113198418B (zh) | 一种利用食用菌菌渣制备高效除磷活性炭的方法 | |
| CN111871369A (zh) | 一种应用于水中吡虫啉去除的氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料的制备方法 | |
| CN110732309A (zh) | 一种对土壤有机污染物具有良好降解作用的生物质炭制备方法 | |
| CN111408376A (zh) | 一种具备重金属吸附以及有机物降解的多功能生物炭的制备方法及其应用 | |
| CN115818639B (zh) | 一种生物质体相炭材料及其制备和在环境修复领域的应用 | |
| CN111408343B (zh) | 三维立体生物炭的制备方法及其在重金属吸附中的应用 | |
| CN113680316B (zh) | 一种双功能原位氮掺杂海藻炭的循环利用方法 | |
| CN113457623B (zh) | 一种利用银镱改性生物炭吸附水中抗生素的方法 | |
| CN110203930A (zh) | 一种活性炭及其制备方法 | |
| CN113976166A (zh) | 一种氮掺杂有序介孔炭催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110523378B (zh) | 一种藻水分离站蓝藻藻泥制备生物质活性炭并用于尾水藻毒素吸附的用途 | |
| CN111359596A (zh) | 一种地下水中硝基苯的高效降解方法 | |
| CN107879342B (zh) | 一种高吸附型多孔活性炭的制备方法 | |
| CN116903214A (zh) | 重金属污染河道底泥的异位处理处置及资源化利用方法 | |
| CN113636549B (zh) | 一种将入侵植物大薸转化为低灰分生物炭的方法及其应用 | |
| Chen et al. | Facile synthesis of water plant Salvinia adnata activated porous carbon for fast and highly efficient dye adsorption | |
| CN115920840A (zh) | 一种污泥基活性炭吸附剂及其制备方法和应用 |
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 |