[发明专利]一种高吸附性能碳气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附过滤材料技术领域，尤其是一种高吸附性能碳气凝胶的制备方法。

背景技术

随着世界人口的迅速增长，城市化步伐逐渐加快，人们对淡水的需求日益增加。由于水资源严重不足，水的供需矛盾将变得更为突出，因此，除了节约用水外，最有效地解决水资源短缺的途径是废水深度处理再利用。对有色废水的处理一般采用吸附、过滤和光催化并重的手段，目前，对有色废水进行过滤、吸附的材料中又以碳材料居多，最常见的吸附类碳材料是活性炭，是基于它比表面积大(500-1700m²/g)，价格低廉等优点。碳气凝胶作为一种新型的吸附材料正在得到广泛的应用，碳气凝胶是一种三维纳米网络结构的多孔非晶碳素材料，具有比表面积高，孔隙率大，孔径分布宽以及导电性能好等优点，使他在力学、电学、热学、光学、医学等方面具有非常广泛而有效地应用。但是，现有的炭气凝胶产品制备工艺复杂，不能实现有针对性的定制，难以提高其吸附效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、制备工艺简单且吸附效率高的高吸附性能碳气凝胶的制备方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高吸附性能碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备有机气凝胶：将间苯二酚和甲醛混合，加入催化剂碳酸钠以及去离子水，搅拌0.5h-1.0h，密封后放入恒温烘箱中进行老化、凝固，得到有机湿凝胶；将有机湿凝胶放入无水酒精中进行溶液替换，然后进行常压干燥，得到有机气凝胶；

步骤2、制备碳气凝胶：将有机气凝胶放入管式炉中，在氮气氛围下进行碳化，得到碳气凝胶；

步骤3、制备二氧化碳活化的碳气凝胶：将碳化好的碳气凝胶放入管式炉中，通入二氧化碳进行活化，然后得到活化的碳气凝胶。

而且，所述步骤1中间苯二酚和甲醛以1:2的摩尔比混合，所述催化剂碳酸钠的浓度为0.05mol/L；所述间苯二酚与催化剂碳酸钠的摩尔比为1500，间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数为30。

而且，所述步骤1老化、凝固的时间为5天；所述进行溶液替换为5天，每天更换一次。

而且，所述步骤2进行碳化时的温度范围为0-1050℃；所述步骤2进行碳化的时间为2小时。

而且，所述步骤3进行二氧化碳活化时的温度为0-1000℃，并在上述温度范围内逐渐增温进行活化。

而且，所述步骤3通入二氧化碳的通气速率为60ml/min。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明以溶胶-凝胶法为基础、以间苯二酚和甲醛为前驱体、以碳酸钠为催化剂制备得到的碳气凝胶比表面积可以达到3000m²/g,远大于活性炭的比表面积，同时孔洞率大于90％，孔径体积约为2.066cm³/g，由于碳气凝胶材料内部含有大量的极性基团，易于极性吸附质发生分子间作用，极大程度地提高了碳气凝胶的吸附效率。

2、本发明能够根据吸附质颗粒的大小，对不同尺寸的小分子、大分子染料进行有针对性的定制，同时，根据废水中主要有色染料的分子大小，通过改变材料配比、活化温度对不同颗粒大小的有色染料进行有针对性的调节，适用于多种吸附过滤对象，应用范围更广。

3、本发明采用无水酒精代替丙酮进行溶液替换，降低成本并且减少化学药品对人体的危害。

附图说明

图1为实施例1的时间-温度曲线示意图；

图2为实验样品1的紫外可见光吸收光谱示意图；

图3为实验样品2的紫外可见光吸收光谱示意图；

图4为实验样品3的紫外可见光吸收光谱示意图。

具体实施方式

以下对结合实施例对本发明做进一步详述。

一种高吸附性能碳气凝胶的制备方法是以溶胶-凝胶法为基础，以间苯二酚和甲醛为前驱体，碳酸钠为催化剂制备得到，具体步骤如下：

步骤1、制备有机气凝胶。

将间苯二酚和甲醛混合，加入催化剂碳酸钠以及适量的去离子水，搅拌0.5h-1.0h，密封后放入恒温烘箱中，老化、凝固5天，得到有机湿凝胶；将有机湿凝胶放入无水酒精中进行溶液替换，替换5天，然后进行常压干燥，得到有机气凝胶。

步骤2、制备碳气凝胶。

将有机气凝胶放入管式炉中，在氮气氛围下进行高温碳化，温度范围为0-1050℃，得到碳气凝胶CRF。

步骤3、制备二氧化碳活化的碳气凝胶。