[发明专利]一种碳海绵的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于吸附油及有机溶剂的碳海绵的制备方法。

背景技术

原油及有机溶剂的泄露给环境造成了很大的污染，为了除去这些污染物，固态吸附剂得到了人们的广泛研究。传统的吸附剂包括：天然的产品（羊毛，沸石等）（H.M.Choi,R.M.Cloud,Environ.Sci.Technol.1992,26,772；D.Bastani,A.A.Safekordi,A.Alihosseini,V.Taghikhani,Sep.Purif.Technol.2006,52,295）、膨胀石墨（X.P.Yan,Y.Y.Zhou,S.W.Wang,K.N.Kim,J.H.Li,Talanta2006,69,970；M.F.Zhao,P.Liu,Desalination2009,249,331）、活性炭（S.D.Li,S.H.Tian,Y.F.Feng,J.J.Lei,P.P.Wang,Y.Xiong,J.Hazard.Mater.2010,183,506）、聚合物（A.M.Atta,R.A.M.El-Ghazawy,R.K.Farag,A.-A.A.Abdel-Azim,React.Funct.Polym.2006,66,931；A.M.Atta,S.H.El-Hamouly,A.M.AlSabagh,M.M.Gabr,J.Appl.Polym.Sci.2007,105,2113）等。虽然它们各自都有自己的优点，但总体上，还是满足不了实用化的需要，比如天然的产品虽然成本低，但它们不具有吸附选择性，且吸附率非常低；膨胀石墨虽然吸附率较高但由于是颗粒状，使用相当不便；多孔聚合物在使用过程中可能会存在二次污染。随着新材料碳纳米管及石墨烯的出现，基于这二者的固态吸附剂也得到了快速发展（X.C.Gui,J.Q.Wei,K.L.Wang,A.Y.Cao,H.W.Zhu,Y.Jia,Q.K.Shu,D.H.Wu,Adv.Mater.2010,22,617；Y.Zhao,C.Hu,Y.Hu,H.Cheng,G.Shi,L.Qu,Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,11371），由它们构成的吸附剂不仅具有很好的吸附选择性，同时还具有很高的吸附率，但是这类吸附剂仍然还存在问题：制备的过程会产生污染如制备氧化石墨会产生酸性污染液；成本较高特别是采用化学气相沉积方法来生产多孔吸附剂。因此，不能满足商业化的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单易行、污染极小且可以大批量生产的碳海绵的制备方法，采用该方法所得的碳海绵具有非常好的吸附选择性，对有机溶剂和油脂的吸附能力极强、速度极快。

本发明还要解决的技术问题是提供采用上述制备方法得到的碳海绵在吸附有机溶剂和油脂中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种碳海绵的制备方法，该方法以棉花为原料，通过对棉花进行高温退火的处理后，即得所需的产物。

其中，所述高温退火采用的温度为600-1500℃。

其中，所述高温退火是在真空环境中或在惰性气体的保护下进行的。

其中，所述惰性气体为氮气或氩气。

采用上述制备方法得到的碳海绵在吸附有机溶剂和油脂中的应用。

其中，所述有机溶剂和油脂包括植物油、原油、泵油、十二烷、正十烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、三氯甲烷、二氯苯、乙基苯、甲苯、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、煤油、蓖麻油、庚烷、柴油、汽油、菜子油、橄榄油、四氯化碳、十八烯、环己烷、异丙醇、苯甲醇。

通过分馏、燃烧或挤压的方式可以对本发明制备的碳海绵进行回收循环利用。

有益效果：相比于现有技术，本发明提供的方法以廉价且来源丰富的棉花为原料，采用高温退火方式处理即得到具有非常好吸附选择性的碳海绵，该方法的制备工艺简单、可以有效的降低成本，进而实现大规模的生产，且产生的污染极少，属于环境友好型方法；另外采用本发明的方法所制得的碳海绵具有很好的机械性能、热稳定性及力学性能，尤其是对有机溶剂和油脂具有极强的吸附能力和极快的吸附速度；并且采用本发明的方法所制得的碳海绵可以采用多种方法实现碳海绵的循环使用及污染物的回收利用，在污水治理上具有极大的应用前景。

附图说明

图1是棉花的扫描电镜图片；

图2是碳海绵的扫描电镜图片；

图3是碳海绵对各种有机液体的吸附率图；

图4是利用分馏的方法对碳海绵进行了吸附、脱附循环实验图；