[发明专利]一种镁铁金属基碳纳米材料及其制备方法和在氮气吸附方面的应用

说明书

本发明公开了一种镁铁金属基碳纳米材料及其制备方法和在氮气吸附方面的应用，镁铁金属基碳纳米材料是采用镁铁水滑石吸附有机物或藻类生物，再通过焙烧处理得到。该方法利用镁铁水滑石吸附性能好的特点，高效处理环境中的有机污染物和藻类，有机污染物和藻类嵌入镁铁类水滑石层间，利用镁铁类水滑石的层间域效应将有机污染物碳化，同时将镁铁类水滑石中三价铁还原成二价铁，得到镁铁金属基碳纳米材料，镁铁金属基碳纳米材料在高温常压下具有较好的吸附氮气能力，实现了资源化利用。

技术领域

本发明涉及一种镁铁金属基碳纳米材料，特别涉及一种利用镁铁水滑石吸附有机物污染物或藻类污染物后的废弃材料制备新型镁铁金属基碳纳米材料的方法，还涉及将其作为高性能氮气吸附材料的应用，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

氮气作为一种惰性气体，常温下很难跟其他物质发生反应。然而氮元素具有很高的化学活性，氮的电负性(3.04)仅次于氟、氧、氯和溴，说明它能和其它元素形成较强的键。目前金属氧化物、碳材料和矿物材料作为一种常见的吸附材料，对氮气具有一定的吸附能力，但是吸附一般都需要低温或者高压，工艺条件比较苛刻(如活性炭在343K和7Bar条件下能够吸附2mol/Kg的氮气，Filipe V.S.Lopes,Carlos A.Grande,Ana M.Ribeiro,JoséM.Loureiro,Oikonomopoulos Evaggelos,Vladimiros NikolakisAlírio E.Rodrigues,adsorption of H₂,CO₂,CH₄,CO,N₂ and H₂O in activated carbon and zZeolite forhydrogen production,Separation Science and Technology,44,1045-1073,2009)。MOFs材料作为一种新型金属有机框架材料，由无机金属中心和有机配体自组装形成，有报道其具有一定的氮气吸附功能，但是在298K和800torr下仅能吸附1.8wt.％的氮气，并且此类材料制备工艺复杂(Dipendu Saha,Zongbi Bao,Feng Jia,Shuguang Deng,adsorption ofCO₂,CH₄,N₂O,and N₂ on MOF-5,MOF-177,and Zeolite 5A.Environmental ScienceTechnology,44,1820–1826,2010)。

另一方面，现有技术中有机污染废水大量存在，以及藻类的大量爆发对环境造成极大的危害，目前，采用功能吸附材料来净化环境中有机污染物和生物质是一种很好的途径，如利用类水滑石较大的比表面积和孔隙结构能高效处理环境中的有机污染物和藻类，但是吸附处理后的类水滑石难以被再利用，成为一个新的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种在高温常压条件下可以可逆吸附氮气的镁铁金属基碳纳米材料，克服了现有的氮气吸附材料普遍存在的吸附量低，吸附条件为高压低温的缺陷。

本发明的第二个目的是在于提供一种简单、低成本的制备所述镁铁金属基碳纳米材料的方法，该方法充分利用处理有机物污染物或藻类生物的镁铁水滑石为原料，实现再利用，获得高性能镁铁金属基碳纳米材料。

本发明的第三个目的是在于提供了一种镁铁金属基碳纳米材料作为氮气吸附材料的应用，该材料可以在高温常压条件下可逆吸附氮气。

本发明提供了一种镁铁金属基碳纳米材料的制备方法，该方法是采用镁铁水滑石吸附有机物或藻类生物，负载了有机物或藻类生物的镁铁水滑石通过焙烧处理I，即得。