[发明专利]一种氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料的制备方法，该方法以海藻酸钠为碳前体、无水碳酸钾为活化剂、三聚氰胺为氮掺杂剂，通过一步法进行同步活化高温热解，制备得到氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料；本发明还公开了上述方法制备的氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料，以及在吸附水中双酚A的应用。本发明通过一步法进行活化高温热解，使得活化剂和氮掺杂剂同时参与制孔过程，促进了多孔碳中孔道数量的增加以及孔径的增大，提高了氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料的比表面积和孔体积，进而提高了其吸附性能；本发明制备的氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料对双酚A的吸附容量高、吸附速率快，且稳定性强。

技术领域

本发明属于环境应用型材料制备技术领域，具体涉及一种氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

双酚A是一种典型的环境内分泌干扰物，广泛用作聚碳酸酯塑料制造中的单体或用作环氧树脂生产的中间体，在工业产品广泛用于塑料容器，瓶子，玩具，医疗器械，餐具的制备。聚碳酸酯瓶中的双酚A释放速率在室温下为0.20～0.79ng·h^-1，在沸腾水中的双酚A释放率高达室温的55倍。由此可见，无论在何温度下，塑料产品中双酚A释放到环境中已成为一个严重问题。因此，水中双酚A的去除对于环境保护非常重要。目前，吸附法常被用于水中污染物的去除，但根据文献报道，大多数吸附剂均存在吸附能力低、成本高、回收困难等问题，所以开发一种高效、低成本、可回收的吸附剂以去除废水中的双酚A是紧迫而重要的任务。

多孔碳材料由于其高致密的空隙结构、大的比表面积和相对较高的吸附能力而被认为是最有前途的吸附剂，用于去除各种污染物。近年来，随着废水成分的日益复杂，已研究开发了以多种不同碳源制备的多孔碳材料，然而，多数碳前体在碳化和活化过程中大多形成微孔碳，极大地限制了吸附速率。因此，为了提高吸附能力，迫切需要从合适的碳前体中开发出具有丰富孔结构的梯度多孔碳。

海藻酸钠是从海带或海藻中提取的天然多糖化合物，有研究将海藻酸钠直接碳化得到富氧碳，用于超级电容器的制备，表现出良好的储电性能，主要得益于其丰富的碳骨架和含氧官能团。基于此特性，可将这种高温碳化的海藻酸钠应用于水环境中污染物的去除，一方面，碳骨架中的孔结构可吸附污染物，另一方面，其表面的含氧官能团又可以对污染物进行氧化还原降解。但直接碳化海藻酸钠所制备的多孔碳，孔隙结构不够发达，比表面积相对较小，若将其直接用于污染物的吸附，其吸附速率与吸附量不足以令人满意。而根据很多研究表明，以化学活化法及杂原子掺杂改性方式制备的多孔碳材料，不仅可以有效改善直接碳化在孔隙及比表面积方面的不足，而且杂原子掺杂可使多孔碳材料表面亲水官能团增加，提高其润湿性，从而极大地提升多孔碳材料对污染的吸附能力。目前已有相关研究指出，通过活化剂和杂原子掺杂剂同时改善多孔碳材料性能的制备方法，所得到的杂原子掺杂多孔碳材料均具有发达的孔隙结构，和较强的污染物去除能力。