CN117643866A - 一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 - Google Patents
一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117643866A CN117643866A CN202311707474.5A CN202311707474A CN117643866A CN 117643866 A CN117643866 A CN 117643866A CN 202311707474 A CN202311707474 A CN 202311707474A CN 117643866 A CN117643866 A CN 117643866A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cellulose
- carbon
- composite adsorbent
- nitrogen
- net
- 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
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 29
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 85
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 85
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 241000219000 Populus Species 0.000 claims abstract description 8
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 6
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 21
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 6
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 claims description 5
- OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N [N].[O] Chemical compound [N].[O] OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 claims description 5
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 claims description 5
- VZTDIZULWFCMLS-UHFFFAOYSA-N ammonium formate Chemical compound [NH4+].[O-]C=O VZTDIZULWFCMLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 5
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 claims description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 2
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 claims 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 22
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 10
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 10
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- UKLNMMHNWFDKNT-UHFFFAOYSA-M sodium chlorite Chemical compound [Na+].[O-]Cl=O UKLNMMHNWFDKNT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229960002218 sodium chlorite Drugs 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 5
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 5
- 241000530268 Lycaena heteronea Species 0.000 description 4
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 4
- QKSIFUGZHOUETI-UHFFFAOYSA-N copper;azane Chemical compound N.N.N.N.[Cu+2] QKSIFUGZHOUETI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 4
- 125000000468 ketone group Chemical group 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 4
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 4
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 4-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=C(Cl)C=C1 WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940090668 parachlorophenol Drugs 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C‑g‑C3N4)的制备方法。本发明材料通过以下方法制得：首先，利用脱木素的方法将纤维素从天然杨树叶中提取出来。随后将从铜氨和硫酸溶液中获得的纤维素网在管式炉中碳化，且引入氧气来提高纤维素碳网表面的含氧官能团。氧化处理完成后，分别在水热釜中加入适量的酸类，胺类，醛类，酮类等物质对纤维素碳网进行表面官能化修饰，最后，将表面修饰后的纤维素碳网应用于吸附实验，将活性最好的样品分别与g‑C3N4的不同前驱体(尿素，双氰胺，三聚氰胺)加热自组装复合，复合后的前驱体通过热化学方法聚合得到最终的复合碳氮材料。本发明还提供了上述制备方法得到的产品在吸附苯酚和对苯二酚领域的应用，经实验测定可得，本发明制得的产品，作为吸附剂，具有吸附量高，脱附简单和可重复利用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法，通过利用杨树叶、亚氯酸钠、尿素，双氰胺，三聚氰胺等原料，属于高效可重复利用吸附剂的制备技术领域。
背景技术
生物质原料储量丰富，价格低廉，被认为是化石燃料的最有希望的替代能源。增大生物质的使用量可增长原油的使用时间，为可持续发展做出贡献。为一些必须使用石油作原料的产品的生产提供保证的同时也可减少CO2在大气中浓度的增加。而利用生物质原料制备碳材料则是生物质能源的一种有效的利用方式。由生物质衍生所得碳材料表面具有丰富的官能团，这在处理污水，处理污染物的反应中具有比较大的优势。
然而，由于天然生物质成分较为复杂，制备得到的吸附剂可能稳定性会降低，这种情况下，从生物质中提取组分是一种有效的手段。所以本发明中用到的纤维素原料是从天然杨树叶中通过亚氯酸钠溶液等溶液多次加热洗涤去除木质素和半纤维素得到的。另外，近年来制备得到的活性炭吸附活性都有了比较高的提升，但是这部分活性炭再吸附完污染物后很难回收利用，利用溶剂脱附需要巨大投入的同时脱除率也不太高，所以目前的吸附剂一般都是一次性利用，不再回收。这造成了巨大浪费的同时也提高了吸附剂用于污水处理的成本。因此开发能够高效回收的复合吸附剂是解决这个问题的关键。
利用生物质碳与g-C3N4复合形成吸附剂既能高效吸附污染物又能利用g-C3N4本身的光催化活性来实现污染物的降解，实现吸附后污染物的有效脱附，另外原料分别选取尿素，双氰胺，三聚氰胺，具有低成本的高经济效益。因此，设计开发出一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法是非常有价值的。
发明内容
本发明利用从杨树叶中提取的纤维素原料提供了高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法。首先，通过亚氯酸钠等溶液多次加热洗涤去除木质素和半纤维素得到纤维素原料。随后将在铜氨溶液中得到无色的纤维素网碳化，并且在碳化过程中引入氧气提高碳化后的纤维素网的表面含氧官能团。其次，得到的纤维素碳网将进行水热表面修饰来进一步改善其表面性质进而提高其吸附活性，最后再通过自组装的方式将纤维素碳网和g-C3N4的前驱体进行复合和热聚合获得高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)。
本发明提出一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将得到的纤维素用去离子水洗涤三次，随后将纤维素烘干后放入配置好的铜氨溶液中，在水浴加热50℃的条件下搅拌4~16h，使得纤维素完全溶解到溶液中；
(2) 将溶解了纤维素的粘稠液体通过注射器注入硫酸溶液中，随着pH降低，此时纤维素铜氨复合物又会再次形成固化的纤维，再经过一段时间，溶液还会洗脱掉人造纤维中蓝色的铜盐，最终得到无色的纤维素网；
(3) 将得到的纤维素网平摊到长条形坩埚中放入管式炉中碳化，气氛为氧氮混合气体，氧气比例为0.1%~21%，氧气的引入是提高碳化后的纤维素网的表面含氧官能团，碳化温度为150℃~550℃，升温速率为1℃/min~20℃/min，碳化过程中经过较长时间的保温来提高纤维素网的碳化程度，保温时间为0.5h~15h；
(4) 将得到的纤维素网放到水热釜中进行表面官能化处理，分别在水热釜中加入适量的乙酸，乙酸铵，甲酸铵, 糠醛，丙酮等物质对纤维素网进行修饰，在纤维素网碳表面引入羧基，氨基，醛基，酮基等官能团。其中修饰试剂和纤维素碳的比例为0.1~5：1，水热处理温度为50℃~200℃，水热处理时间为0.5h~72h，将水热处理完的样品用去离子水和乙醇洗涤多次后，重新分散到去离子水中，超声分散均匀，然后转移到梨形瓶中；
(5) 将表面修饰后的纤维素碳网分别与尿素，双氰胺，三聚氰胺(g-C3N4的前驱体)分散均匀后加入到梨形瓶中进行自组装，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，比例为1：0.1~5，加热温度为60~200度，反应1~24h后，旋蒸干燥，直到将水分蒸干后，用刮刀将粉末取出备用；
(6) 将复合的前驱体通过热化学方法进一步聚合为复合碳氮材料(C-g-C3N4), 在500~600℃的空气和氮气氛围中分别焙烧1~5h，将焙烧得到的样品研磨备用；
(7) 吸附实验选取污水中常见的药物分子苯酚和对苯二酚，结果表明复合后的C-g-C3N4吸附剂可以利用网状结构有效吸附苯酚和对苯二酚，吸附一段时间后，仅需用氙灯照射几个小时就可以将吸附的污染物分解, 从而实现重复利用。
为检测本发明的吸附污染物的反应活性，利用恒温振荡器和紫外分光光度计来测试反应活性，其中，本发明的纤维网状碳氮复合材料(C-g-C3N4)为吸附剂，水为分散试剂，反应温度为25℃，苯酚，对氯苯酚，对苯二酚的水溶液的浓度为10~200 mg/L, 吸附量通过紫外分光光度计检测，吸附物质的残存率越低，复合材料的吸附性能越好。经检测，本专利制备的纤维网生物炭在氧气含量7%碳化的时候，且能够保持较好的丝状形貌。在水热修饰中，生物炭在乙酸80度处理24h后具有最好的苯酚吸附性能，吸附量达到 92 mg/g. 随后与尿素复合并在550度焙烧2h后得到的纤维网状碳氮复合材料(C-g-C3N4)具有最好的苯酚吸附性能和光降解效果，吸附量达到 117.6 mg/g。另外本发明制备的纤维网状碳氮复合材料(C-g-C3N4)在重复使用四次后仍然能够有 104 mg/g 的苯酚吸附性能，是优良的可重复利用的高效苯酚吸附剂。
本发明材料的组织结构由(水热)表面官能化后的纤维网状生物质碳材料为基础吸附剂，然后利用表面修饰后的官能团与氮化碳的前驱体反应复合，最后将复合后的前驱体通过热化学方法焙烧得到最终的复合吸附剂。复合后的碳氮材料能够有效的将吸附后苯酚污染物在光照情况下进行降解，实现高效回收利用。本发明制备过程简单、生产成本低、制备过程以及用到的原材料以及所有溶剂绿色环保，克服了传统吸附剂所存在的生产成本高，工艺复杂，可重复利用率低的缺点。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的纤维网状生物炭的扫描电镜图谱；图2为本发明实施例1所制备的g-C3N4的透射电镜图谱；图3为本发明实施例1所制备的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的扫描电镜图谱；图4 为本发明实施例1修饰后的纤维素网状碳和复合吸附剂的XRD图谱；图5 为本发明实施例1纤维素网状碳和修饰后的纤维素网状碳的FTIR图谱；图6为本发明实施例1纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法的制备流程；图7苯酚和对苯二酚的紫外吸收图谱；图8为本发明实施例1纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备流程示意图；图9为本发明实施例1修饰后的纤维素网状碳吸附苯酚和对苯二酚的吸附活性图；图10为本发明实施例1纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的吸附活性图；图11为发明实施例1纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)吸附循环稳定性图；图12为本发明实施例2所制备的g-C3N4的透射电镜图谱；图13为本发明实施例2纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法的制备流程图；图14为本发明实施例2纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备流程示意图；图15为本发明施实例3制备的g-C3N4电镜图片；图16为本发明实施例3纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法的制备流程；图17为本发明实施例3纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备流程示意图。
具体实施方式
实施例1
该实施例中所用的纤维素是从天然杨树叶中通过亚氯酸钠溶液等溶液多次加热洗涤去除木质素和半纤维素得到的，提取之后未进行进一步纯化；
(1) 将得到的纤维素用去离子水洗涤三次，随后将纤维素烘干后放入配置好的铜氨溶液中，在水浴加热50℃的条件下搅拌4~16h，使得纤维素完全溶解到溶液中；
(2) 将溶解了纤维素的粘稠液体通过注射器注入硫酸溶液中，随着pH降低，此时纤维素铜氨复合物又会再次形成固化的纤维，再经过一段时间，溶液还会洗脱掉人造纤维中蓝色的铜盐，最终得到无色的纤维素网；
(3) 将得到的纤维素网平摊到长条形坩埚中放入管式炉中碳化，气氛为氧氮混合气体，氧气比例为0.1%~21%，氧气的引入是提高碳化后的纤维素网的表面含氧官能团，碳化温度为150℃~550℃，升温速率为1℃/min~20℃/min，碳化过程中经过较长时间的保温来提高纤维素网的碳化程度，保温时间为0.5h~15h；
(4)将得到的纤维素网放到水热釜中进行表面官能化处理，分别在水热釜中加入适量的乙酸，乙酸铵，甲酸铵, 糠醛，丙酮等物质对纤维素网进行修饰，在纤维素网碳表面引入羧基，氨基，醛基，酮基等官能团。其中修饰试剂和纤维素碳的比例为0.1~5：1，水热处理温度为50℃~200℃，水热处理时间为0.5h~72h，将水热处理完的样品用去离子水和乙醇洗涤多次后，重新分散到去离子水中，超声分散均匀，然后转移到梨形瓶中；
(5) 将表面修饰后的纤维素碳网与尿素 (g-C3N4的前驱体) 分散均匀后加入到梨形瓶中进行反应，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，比例为1：0.1~5，加热温度为60~200度，反应1~24h后，旋蒸干燥，直到将水分蒸干后，用刮刀将粉末取出备用；
(6) 将复合的前驱体通过热化学方法进一步聚合为复合碳氮材料(C-g-C3N4), 在500~600℃的空气和氮气氛围中分别焙烧1~5h，将焙烧得到的样品研磨备用；
(7) 吸附实验选取污水中常见的药物分子苯酚和对苯二酚，结果表明复合后的C-g-C3N4吸附剂可以利用网状结构有效吸附苯酚和对苯二酚，吸附一段时间后，仅需用氙灯照射几个小时就可以将吸附的污染物分解, 从而实现重复利用。
实施例2
该实施例中所用的纤维素是从天然杨树叶中通过亚氯酸钠溶液等溶液多次加热洗涤去除木质素和半纤维素得到的，提取之后未进行进一步纯化；
(1) 将得到的纤维素用去离子水洗涤三次，随后将纤维素烘干后放入配置好的铜氨溶液中，在水浴加热50℃的条件下搅拌4~16h，使得纤维素完全溶解到溶液中；
(2) 将溶解了纤维素的粘稠液体通过注射器注入硫酸溶液中，随着pH降低，此时纤维素铜氨复合物又会再次形成固化的纤维，再经过一段时间，溶液还会洗脱掉人造纤维中蓝色的铜盐，最终得到无色的纤维素网；
(3) 将得到的纤维素网平摊到长条形坩埚中放入管式炉中碳化，气氛为氧氮混合气体，氧气比例为0.1%~21%，氧气的引入是提高碳化后的纤维素网的表面含氧官能团，碳化温度为150℃~550℃，升温速率为1℃/min~20℃/min，碳化过程中经过较长时间的保温来提高纤维素网的碳化程度，保温时间为0.5h~15h；
(4) 将得到的纤维素网放到水热釜中进行表面官能化处理，分别在水热釜中加入适量的乙酸，乙酸铵，甲酸铵, 糠醛，丙酮等物质对纤维素网进行修饰，在纤维素网碳表面引入羧基，氨基，醛基，酮基等官能团。其中修饰试剂和纤维素碳的比例为0.1~5：1，水热处理温度为50℃~200℃，水热处理时间为0.5h~72h，将水热处理完的样品用去离子水和乙醇洗涤多次后，重新分散到去离子水中，超声分散均匀，然后转移到梨形瓶中；
(5) 将表面修饰后的纤维素碳网与双氰胺 (g-C3N4的前驱体) 分散均匀后加入到梨形瓶中进行反应，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，比例为1：0.1~5，加热温度为60~200度，反应1~24h后，旋蒸干燥，直到将水分蒸干后，用刮刀将粉末取出备用；
(6)将复合的前驱体通过热化学方法进一步聚合为复合碳氮材料(C-g-C3N4), 在500~600℃的空气和氮气氛围中分别焙烧1~5h，将焙烧得到的样品研磨备用；
(7) 吸附实验选取污水中常见的药物分子苯酚和对苯二酚，结果表明复合后的C-g-C3N4吸附剂可以利用网状结构有效吸附苯酚和对苯二酚，吸附一段时间后，仅需用氙灯照射几个小时就可以将吸附的污染物分解, 从而实现重复利用。
实施例3
该实施例中所用的纤维素是从天然杨树叶中通过亚氯酸钠溶液等溶液多次加热洗涤去除木质素和半纤维素得到的，提取之后未进行进一步纯化；
(1) 将得到的纤维素用去离子水洗涤三次，随后将纤维素烘干后放入配置好的铜氨溶液中，在水浴加热50℃的条件下搅拌4~16h，使得纤维素完全溶解到溶液中；
(2) 将溶解了纤维素的粘稠液体通过注射器注入硫酸溶液中，随着pH降低，此时纤维素铜氨复合物又会再次形成固化的纤维，再经过一段时间，溶液还会洗脱掉人造纤维中蓝色的铜盐，最终得到无色的纤维素网；
(3) 将得到的纤维素网平摊到长条形坩埚中放入管式炉中碳化，气氛为氧氮混合气体，氧气比例为0.1%~21%，氧气的引入是提高碳化后的纤维素网的表面含氧官能团，碳化温度为150℃~550℃，升温速率为1℃/min~20℃/min，碳化过程中经过较长时间的保温来提高纤维素网的碳化程度，保温时间为0.5h~15h；
(4) 将得到的纤维素网放到水热釜中进行表面官能化处理，分别在水热釜中加入适量的乙酸，乙酸铵，甲酸铵, 糠醛，丙酮等物质对纤维素网进行修饰，在纤维素网碳表面引入羧基，氨基，醛基，酮基等官能团。其中修饰试剂和纤维素碳的比例为0.1~5：1，水热处理温度为50℃~200℃，水热处理时间为0.5h~72h，将水热处理完的样品用去离子水和乙醇洗涤多次后，重新分散到去离子水中，超声分散均匀，然后转移到梨形瓶中；
(5) 将表面修饰后的纤维素碳网与三聚氰胺(g-C3N4的前驱体) 分散均匀后加入到梨形瓶中进行反应，溶剂为水和乙醇的混合溶剂，比例为1：0.1~5，加热温度为60~200度，反应1~24h后，旋蒸干燥，直到将水分蒸干后，用刮刀将粉末取出备用；
(6) 将复合的前驱体通过热化学方法进一步聚合为复合碳氮材料(C-g-C3N4), 在500~600℃的空气和氮气氛围中分别焙烧1~5h，将焙烧得到的样品研磨备用；
(7) 吸附实验选取污水中常见的药物分子苯酚和对苯二酚，结果表明复合后的C-g-C3N4吸附剂可以利用网状结构有效吸附苯酚和对苯二酚，吸附一段时间后，仅需用氙灯照射几个小时就可以将吸附的污染物分解, 从而实现重复利用。
Claims (2)
1.本发明中的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)，其特征在于将从杨树叶中提取出的纤维素赋形，碳化，氧化表面处理，水热表面修饰，自组装，热聚合，等方法综合处理后得到的。
2.根据权利要求1所述的纤维素，所述的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法，其特征是采用以下步骤：
（1）根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于纤维素网的赋形是通过注射成型的方式在铜氨溶液中得到，其条件是在50℃搅拌4~16h；
（2）根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于纤维素网的碳化的是利用氧氮混合气体在管式炉中进行，氧气比例为0.1%~21%，碳化温度为150℃~550℃，升温速率为1℃/min~20℃/min，保温时间为0.5h~15h；
（4）根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于纤维网的表面修饰是分别选取乙酸，乙酸铵，甲酸铵, 糠醛，丙酮等物质在水热釜中进行，其中修饰试剂和纤维素网碳的比例为0.1~5：1，水热处理温度为50℃~200℃，水热处理时间为0.5h~72h；
（5）根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于修饰后的纤维素网自组装是分别与分散均匀的尿素，双氰胺，三聚氰胺(g-C3N4的前驱体)在水浴加热的梨形瓶中进行，水和乙醇混合溶剂的比例为1：0.1~5，加热温度为60~200度，反应时间为1~24h；
（6）根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于复合后前驱体的热聚合是利用空气和氮气的气氛在管式炉中进行。焙烧温度为500~600℃，气体氛围为空气和氮气，焙烧保温时间为1~5h；
（7）根据权利要求1所述的复合吸附剂，复合吸附剂的脱附方式其特征在于将吸附后的吸附剂分散到水溶液中用氙灯照射1~5h，就可以实现光降解和重复利用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311707474.5A CN117643866A (zh) | 2023-12-13 | 2023-12-13 | 一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311707474.5A CN117643866A (zh) | 2023-12-13 | 2023-12-13 | 一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117643866A true CN117643866A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90046109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311707474.5A Pending CN117643866A (zh) | 2023-12-13 | 2023-12-13 | 一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117643866A (zh) |
-
2023
- 2023-12-13 CN CN202311707474.5A patent/CN117643866A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mohammed et al. | Adsorption of benzene and toluene onto KOH activated coconut shell based carbon treated with NH3 | |
| CN110064367B (zh) | 一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用 | |
| El Messaoudi et al. | Experimental study and theoretical statistical modeling of acid blue 25 remediation using activated carbon from Citrus sinensis leaf | |
| Zhang et al. | Cotton stalk-derived hydrothermal carbon for methylene blue dye removal: investigation of the raw material plant tissues | |
| CN110756168A (zh) | 用于吸附废水中四环素的改性生物炭的制备方法及其应用 | |
| Kim et al. | Highly porous biobased graphene-like carbon adsorbent for dye removal: Preparation, adsorption mechanisms and optimization | |
| CN113499754B (zh) | 一种基于煤矸石和粉煤灰的复合吸附材料及其制备工艺 | |
| CN111302340A (zh) | 一种沼渣生物炭的制备方法 | |
| Kassahun et al. | The application of the activated carbon from cordia africana leaves for adsorption of chromium (III) from an aqueous solution | |
| RU2395336C1 (ru) | Способ получения углеродного адсорбента из лузги подсолнечной | |
| CN112169759A (zh) | 一种酒糟生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN114392611A (zh) | 一种木材基复合空气过滤材料的制备方法 | |
| RU2359904C1 (ru) | Способ получения пористого углеродного материала из бурого угля | |
| CN101695654A (zh) | 甘氨酸生产中废活性炭的再生方法 | |
| Xiong et al. | Biomass-derived mesoporous and super-hydrophilic carbon manufactured by cycling-pressure-switching air activation process towards ultrahigh adsorption efficiency of tetracycline | |
| CN114105139A (zh) | 二次活化柚皮生物炭材料及其制备方法和吸附丙酮的应用 | |
| CN117643866A (zh) | 一种高效且可重复利用的纤维网状碳氮复合吸附剂(C-g-C3N4)的制备方法 | |
| CN112961697A (zh) | 一种毛竹纤维素制富含单环芳烃的催化热裂解产物的方法 | |
| CN112452165A (zh) | 一种Ag/AgBr/AgVO3复合纳米纤维过滤膜及其制备方法和应用 | |
| CN110201661B (zh) | 一种多孔阵列结构的锰基生物炭及其制备方法和应用 | |
| Ma et al. | Development of β-cyclodextrin-modified poly (chloromethyl styrene) resin for efficient adsorption of Cu (Ⅱ) and tetracycline | |
| CN111298761B (zh) | 一种改性海泡石吸附剂及其制备方法与应用 | |
| CN101406844A (zh) | 一种分子筛负载纳米硫化锌催化剂的制备方法 | |
| Mondal et al. | Adsorbents from rice husk and shrimp shell for effective removal of heavy metals and reactive dyes in water | |
| CN110683539A (zh) | 利用西红柿和茄子秸秆混合物制备生物活性炭的方法 |
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 |