[发明专利]CaC2和CO2或碳酸盐球磨制备含氧炔碳材料的方法及其吸附脱汞应用

说明书

CaC₂和CO₂或碳酸盐球磨制备含氧炔碳材料及其吸附脱汞应用属于新型功能碳材料制备领域，具体涉及碳化钙与二氧化碳或碳酸盐之间的机械化学反应，新型功能碳材料制备，及其作为吸附剂在水溶液吸附脱汞方面的应用。将碳化钙、二氧化碳或碳酸盐按一定比例加入球磨罐中，在常温和一定转速条件下，球磨反应后对所得的固体产物进行酸洗、水洗、干燥，最终得到新型含氧炔碳材料。该碳材料是一种新型高效的功能吸附剂，对水溶液中的汞离子具有极高的吸附能力，其饱和吸附量高达481.5mg‑Hg·g^‑1。该炔碳材料的制备工艺简单，反应条件温和，且原料廉价易得。所得的材料具有十分优异的脱汞性能，在环保领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新型功能碳材料制备领域，具体涉及借助碳化钙与二氧化碳或碳酸盐的机械化学反应，制备新型含氧炔碳材料，以及该碳材料作为吸附剂在水溶液高效脱汞中的应用。

背景技术

电石(又名碳化钙)是一种重要的工业化学品。由电石制得的碳材料具有丰富的多孔结构和高比表面积，它们可通过碳化钙与氧化剂如Cl₂或其他含碳正基团的物质(如卤代烃、草酸、CO₂等)在高温条件下的热化学反应制得。但是，上述热化学反应十分剧烈，甚至发生爆炸反应，反应难以控制和工业化放大。机械球磨反应可以在常温条件下发生，反应速度可以通过机械搅拌强度和物料的加入速度得到控制，反应条件温和，速度可控，具有广泛的实际应用价值。因此，机械化学正被应用于材料合成，并且表现出不可估量的潜在应用价值，尤其是在碳材料合成方面。

碳材料可应用于气体和液体分离提纯，食品和医药的脱色、除味、废水处理、或催化剂载体以及燃料电池和大容量电容器等领域。近年来，碳材料在吸附脱除水体中重金属，尤其是汞离子方面的研究备受关注。

在专利CN 103213968A中，将只含有卤素的有机高分子溶解到强极性溶剂中，加入含有杂原子的有机物，再加入碳化钙粉末，超声或搅拌使之形成均匀的悬浊液，将此悬浊液放入聚四氟乙烯水热反应釜中，于160-200℃反应12-36小时，反应结束后，取出反应产物，清洗、干燥后在氩气或氮气保护下于700-900℃温度焙烧1-3小时，用稀盐酸洗涤，再用去离子水或乙醇清洗3-4次，干燥，即得到非金属掺杂碳材料。该制备过程耗时长、所需煅烧温度高，工艺复杂。

在专利CN 107983308A中，公开了一种脱除汞的多孔炭吸附剂的制备方法：采用生物质作为碳源得到生物质溶液，搅拌加热得到生物质凝胶，冷冻干燥得到炭化前驱体，在惰性气氛下对炭化前驱体进行炭化；使用CO₂对炭化后的炭化前驱体进行扩孔活化得到多孔炭材料；将所述多孔炭材料研磨粉碎，然后采用H₂S对研磨粉碎后的多孔碳材料进行改性，得到多孔炭吸附剂。此制备过程涉及硫化氢的使用，环境友好性差，且也需高温炭化。

在已有的文献和专利中，尚无以碳化钙和二氧化碳、碳酸盐为原料，通过球磨方法在常温常压条件下制备含氧炔碳材料且具有优异脱汞性能的文献报道。

发明内容

本发明的目的是：提供一种以电石和二氧化碳、碳酸盐为原料，在常温条件下，高效合成含氧炔碳材料的新方法，且制得的新型含氧炔碳材料对水中的汞离子具有优异的吸附脱除性能。

球磨反应产生的机械冲击力可以破坏碳化钙的晶格结构，持续产生具有极高反应活性的C₂^2-点缺陷，提高反应分子间的接触率，从而大大提高了反应速率，故反应工艺简单，无需加热或高温煅烧即可得到性能优异的碳材料。

CaC₂和CO₂或碳酸盐球磨制备含氧炔碳材料的方法，其特征在于：将碳化钙、二氧化碳或碳酸盐两者之一加入球磨罐中，电石与二氧化碳或碳酸盐加入的摩尔比大于等于2：1；在300～600rpm球磨条件下，反应2～8h，而后对固体产物进行酸洗、水洗、干燥，最终得到含氧炔碳材料。