[发明专利]一种利用废弃LDH再生多孔模板碳材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用废弃LDH再生多孔模板碳材料的方法。

背景技术

水滑石类层状化合物是自然界唯一一类阴离子型粘土，一般是由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides，简称LDH）。天然矿物镁铝水滑石结构是典型的LDH结构，为一种具有二维模板结构的层状化合物，单元层由镁氧八面体共棱组成。由于同晶替代作用，LDH因层间易发生不等价阳离子置换而产生永久性正电荷，可通过在其层间域内吸附阴离子达到电荷平衡，且LDH具有很大的内外表面积，因此，水滑石可通过离子交换作用吸附各类有机和无机阴离子，具有较高的离子交换容量和很强的吸附能力。

由于LDH具有板层组成可调控、层间阴离子可交换、结构记忆效应等特点，可广泛应用于环境保护领域，如吸附工业有机染料，尤其被应用于染料/印染废水处理，LDH作为染料/印染废水的重要吸附新材料日益受到重视。LDH成本低廉，每吨价格在数百元，仅为活性炭的10%左右；对水中阴离子染料吸附性能好，对常见阴离子染料如橙黄Ⅱ、刚果红等的吸附性能均超过活性炭。在染料/印染废水处理中，LDH的综合应用成本远低于活性炭，但要实现LDH在染料/印染废水中的推广应用，还需要解决吸附染料后LDH的资源化利用问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过碳化回收利用废弃的LDH，再生成多孔模板碳材料，实现吸附染料的LDH的再资源化。

本发明的目的在于提供一种利用废弃LDH再生多孔模板碳材料的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种利用废弃LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将LDH置于含染料的废水中，吸附染料完全后得废弃LDH；

2）将废弃LDH干燥、粉碎，然后在保护性气体保护下碳化，获得碳化LDH；

3）碳化LDH经酸洗，去除金属氧化物后，干燥得到多孔模板碳材料。

进一步的，步骤2）所述保护性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中至少一种。

进一步的，步骤2）所述碳化为在500～800℃碳化2～5h。

进一步的，步骤3）所述酸洗所采用的酸选自盐酸、硝酸和硫酸。

进一步的，所述酸洗所采用的酸的体积浓度为6～15%。

本发明的有益效果是：

本发明通过将吸附染料后废弃的LDH为原料，在隔绝空气条件下碳化，破坏LDH片层结构，分解氧化物颗粒，生成氧化物颗粒-碳材料的三维复合材料，酸洗去除氧化物颗粒，碳材料的表面暴露，制成具有大比表面积的多孔模板碳材料，为实现废弃LDH的再资源化提供了新途径，有助于推动LDH在染料/印染废水处理中的应用，同时也提供了一种制备多孔模板碳材料的新方法。

附图说明

图1是不同料的X射线衍射光谱图，LDH表示Mg-Al-LDH，LDH-AO7表示吸附染料橙黄Ⅱ后的废弃LDH，LDH-C表示碳化的LDH；

图2是多孔模板碳材料的扫描电镜图，A和B分别为不同放大倍数的扫描电镜图；

图3是多孔模板碳材料的氮气吸附等温线；

图4是多孔模板碳材料的孔径分布图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1：

1）取2g Mg/Al摩尔比为4：1的Mg-Al-LDH投入到4 L 500 mg/L橙黄Ⅱ（Acid Orange 7，简称AO7）的废水中，搅拌吸附2 h后沉淀2h，废水变清澈，沉淀下来的LDH为废弃LDH；

2）将废弃LDH干燥、粉碎，然后置于马弗炉中，在氮气保护下升温至600℃碳化2h，获得碳化的LDH；

3）碳化LDH经40mL 10%（v/v）的盐酸溶液搅拌洗涤4 h，重复4次，干净后，再用去离子水洗涤至pH≈7，抽滤、干燥得到多孔模板碳材料。

实施例2：

1）取2g Mg/Al摩尔比为4：1的Mg-Al-LDH投入到4 L 500 mg/L刚果红的废水中，搅拌吸附2 h后沉淀2h，废水变清澈，沉淀下来的LDH为废弃LDH；

2）将废弃LDH干燥、粉碎，然后置于马弗炉中，在氮气保护下升温至600℃碳化3h，获得碳化的LDH；

3）碳化LDH经30mL 12%（v/v）的盐酸溶液搅拌洗涤3h，重复4次，干净后，再用去离子水洗涤至pH≈7，抽滤、干燥得到多孔模板碳材料。