CN113387341A - 一种具有磁性的泡沫材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有磁性的泡沫材料及其制备方法，属于新能源材料技术领域，利用壳聚糖、藜麦多糖、茶多糖、蔗糖、葡萄糖或乳糖作为合成泡沫的原材料，使用磁性颗粒为泡沫提供磁性，可以在磁场的作用下，进行回收再利用，绿色环保；采用冰模板方法制备泡沫，泡沫具有通孔结构，比表面积大，可以与污水充分接触，提高处理污水效率；制备方法工艺流程简单、可控性强，适宜大规模制备。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种具有磁性的泡沫材料及其制备方法。
背景技术
社会经济的发展以及人口急剧的增长导致了能源短缺及生态环境的恶化。为了解决人类面临的能源短缺问题，发展可再生能源技术成为21世纪必须解决的关键技术之一。储能、催化和污水处理一直是研究人员关注的科研领域，开发新型的材料可为领域的发展开辟新思路。
现有的泡沫材料多以树脂为主要原料，随着树脂泡沫用作包装和隔热材料的广泛应用，其废弃量也与日俱增，由于这种废料具有比重小、体积大，具有很好的抗老化性，不易自行降解销毁，掩埋，体积大，又有弹性，焚烧冒出大量浓烟造成二次污染，人们称它为“塑料公害”的典型代表，迄今为止国内外均未能很好解决；树脂泡沫材料制作工艺复杂，一般需要进行高温处理，并且功能单一，无法满足人们的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有磁性的泡沫材料及其制备方法。
本发明具体技术方案如下：
一种具有磁性的泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将壳聚糖、藜麦多糖、茶多糖、蔗糖、葡萄糖或乳糖一种或几种，至少包含壳聚糖、藜麦多糖或茶多糖其中的一种，溶于水溶液中，加入酸或碱促进糖溶解，得到粘稠溶液；
步骤二、将一定量的二甲基咪唑、亚铁盐和钴盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF67；
步骤三、将一定量的二甲基咪唑、亚铁盐和锌盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF8；
步骤四、将一定量的一乙基咪唑、亚铁盐和钴盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF14；
步骤五、将ZIF67、ZIF8或ZIF14的一种或几种分散到糖溶液中，使用细胞破碎仪辅助分散；
步骤六、将分散好的溶液倒入底部导热、容器壁绝热的磨具中，并放置于导热板上进行定向冷冻干燥，以冰为模板组装获得泡沫冰柱；
步骤七、将步骤六获得的泡沫冰柱放置于冻干机中除去水分；
步骤八、将步骤七获得的泡沫在氮气和氩气的氛围下进行高温处理。
在进一步的实施例中，所述步骤一中所述酸是盐酸、硫酸、磷酸、 乙酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、苯甲酸或酒石酸的一种或几种；所述碱由氢氧化锂、氢氧化钾组成。
在进一步的实施例中，所述步骤六导热板温度为-80℃～-70℃。
在进一步的实施例中，所述步骤八的高温处理温度为450℃～1200℃。
本发明还提供另一种技术方案：一种具有磁性的泡沫材料，具有磁性ZIF颗粒修饰，具有磁性。
在进一步的实施例中，所述泡沫具有垂直孔道。
本发明的有益效果：本发明制得的泡沫材料，具有通孔结构和磁性导电性；
在储能方面可作为厚电极使用，泡沫的通孔结构为电解液的浸润和离子的迁移提供了通道，在通孔中载入活性材料可提高活性材料的循环稳定性和倍率性能，在锂电池中抑制锂枝晶的生长；在化学催化方面，泡沫材料内表面可以均匀运载催化剂，通孔结构可使催化剂和反应物之间充分接触，提高催化效率；在处理水污染方面，泡沫材料通孔的内表面可以与污水充分接触，提高处理效率，磁性颗粒修饰的泡沫材料可以在磁场的作用下回收再利用。
此外，可以通过改变泡沫材料的组装条件调控泡沫的孔径，从而实现性能的调控。利用简单地常温化学合成方法得到磁性颗粒和物理混合方法获得糖溶液，利用冰模板定向冷冻方法组装具有通孔的泡沫材料。该方法工艺流程简单，能很大程度上降低成本，有利于大规模生产。
附图说明
图1为通孔磁性泡沫截面扫描图片。
图2 为通孔磁性泡沫剖面扫描图片。
图3为实施例1制备的磁性颗粒A的扫描电子显微镜照片。
图4为实施例2制备的磁性颗粒B的扫描电子显微镜照片。
图5为实施例2制备的磁性泡沫截面的扫描电子显微镜照片。
图6为实施例3制备磁性颗粒C的扫描电子显微镜照片。
图7为实施例3制备磁性泡沫截面的扫描电子显微镜照片。
图8为磁铁吸附磁性泡沫数码图片。
图9为磁铁吸附磁性泡沫数码图片。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例l
1)将2.0g壳聚糖溶入溶于100ml去离子水中，加入乙酸促进溶解，得到粘稠溶液。
2)将10g的二甲基咪唑溶于100ml去离子水中得到透明溶液A液。
3)将2.3g的七水合硫酸亚铁，2.3g的乙酸钴共同溶于100ml去离子水中得到溶液B液。
4)将A液和B液搅拌混合静置24小时后过滤烘干得到磁性ZIF67。
5)将1.0g ZIF67分散到壳聚糖溶液中，使用细胞破碎仪辅助分散。
6)将分散好的溶液倒入底部导热，容器壁绝热的磨具中，并放置于-78℃的导热板上进行定向冷冻干燥，以冰为模板组装获得泡沫冰柱。
7)将步骤6)获得的冰柱放置于冻干机中除去水分后获得具有通孔的磁性泡沫。
8)将步骤7)获得的泡沫碳化在氮气和氩气的氛围下进行高温处理，处理温度为500℃，获得磁性导电泡沫。
实施例2
1)将1.0g壳聚糖和1.0g藜麦多糖溶于100ml去离子水中，加入酸或碱促进糖溶解，得到粘稠溶液。
2)将22g的二甲基咪唑溶于100ml去离子水中得到透明溶液A液。
3)将1.5g的七水合硫酸亚铁，1.5g的硝酸锌共同溶于100ml去离子水中得到溶液B液。
4)将A液和B液搅拌混合静置24小时后过滤烘干得到磁性ZIF8。
5)将2.0g ZIF8分散到糖的混合溶液中，使用细胞破碎仪辅助分散。
6)将分散好的溶液倒入底部导热，容器壁绝热的磨具中，并放置于-78℃的导热板上进行定向冷冻干燥，以冰为模板组装获得泡沫冰柱。
7)将步骤6)获得的冰柱放置于冻干机中除去水分后获得具有通孔的磁性泡沫。
8)将步骤7)获得的泡沫碳化在氮气和氩气的氛围下进行高温处理，处理温度为700℃，获得磁性导电泡沫。
实施例3
1)将1.8g壳聚糖和0.2g葡萄糖溶于溶于100ml去离子水中，加入酸或碱促进糖溶解，得到粘稠溶液。
2)将5.0g一乙基咪唑溶于100ml去离子水中得到透明溶液A液。
3)将0.5g的七水合硫酸亚铁，0.5g的乙酸钴共同溶于100ml去离子水中得到溶液B液。
4)将A液和C液搅拌混合静置24小时后过滤烘干得到磁性ZIF14。
5)将1.3g ZIF14按照一定比例分散到混合糖溶液中，使用细胞破碎仪辅助分散。
6)将分散好的溶液倒入底部导热，容器壁绝热的磨具中，并放置于-78℃的导热板上进行定向冷冻干燥，以冰为模板组装获得泡沫冰柱。
7)将步骤10)获得的冰柱放置于冻干机中除去水分后获得具有通孔的磁性泡沫。
8)将步骤11)获得的泡沫碳化在氮气和氩气的氛围下进行高温处理，处理温度为1000℃，获得磁性导电泡沫。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种具有磁性的泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将壳聚糖、藜麦多糖、茶多糖、蔗糖、葡萄糖或乳糖一种或几种溶于水溶液中，加入酸或碱促进糖溶解，得到粘稠溶液；
步骤二、将一定量的二甲基咪唑、亚铁盐和钴盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF67；
步骤三、将一定量的二甲基咪唑、亚铁盐和锌盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF8；
步骤四、将一定量的一乙基咪唑、亚铁盐和钴盐溶于去离子水中，搅拌混合静止一段时间后过滤烘干得到磁性ZIF14；
步骤五、将ZIF67、ZIF8或ZIF14的一种或几种分散到糖溶液中，使用细胞破碎仪辅助分散；
步骤六、将分散好的溶液倒入底部导热、容器壁绝热的磨具中，并放置于导热板上进行定向冷冻干燥，以冰为模板组装获得泡沫冰柱；
步骤七、将步骤六获得的泡沫冰柱放置于冻干机中除去水分；
步骤八、将步骤七获得的泡沫在氮气和氩气的氛围下进行高温处理。
2.根据权利要求1所述的一种具有磁性的泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所述酸是盐酸、硫酸、磷酸、 乙酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、苯甲酸或酒石酸的一种或几种；所述碱由氢氧化锂、氢氧化钾组成。
3.根据权利要求1所述的一种具有磁性的泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述步骤六导热板温度为-80℃～-70℃。
4.根据权利要求1所述的一种具有磁性的泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述步骤八的高温处理温度为450℃～1200℃。
5.根据权利要求1所述的一种具有磁性的泡沫材料的制备方法制备的泡沫材料，其特征在于，泡沫具有磁性ZIF颗粒修饰，具有磁性。
6.根据权利要求5所述的泡沫材料，其特征在于，所述泡沫具有垂直孔道。
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