本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理，特別涉及一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法、分級多孔碳材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳基材料吸附是去除水中有機(jī)污染物的重要手段，其與有機(jī)物之間的主客體相互作用主要包括碳孔徑與污染物分子尺寸的適配以及兩者之間包括疏水作用、范德華力和氫鍵等相互作用力。目前，商業(yè)活性炭主要依賴疏水作用去除水中疏水性有機(jī)污染物，但對弱疏水性有機(jī)物親和力差，同時也存在孔徑與污染物分子尺寸不適配的問題。在眾多弱疏水性有機(jī)物中，大部分抗生素類藥物一方面可以發(fā)生離子化，從而與水分子有較強的分子間作用力；另一方面，該類微污染物在水體中的濃度一般較低，因此也進(jìn)一步增加了實際水體中微污染物的去除難度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決商業(yè)活性炭難以有效吸附水中微量弱疏水性有機(jī)污染物的問題，本發(fā)明提供了一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，該方法制備的分級多孔碳材料對微量有機(jī)污染物具有優(yōu)異的吸附性能，可用于水中微污染物的吸附去除，并且該方法無需額外的物理、化學(xué)活化，制造成本低，容易實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景好。

2、本發(fā)明還提供了一種n摻雜分級多孔碳材料及應(yīng)用。

3、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

4、本發(fā)明提供一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，所述制備方法包括：

5、將微孔自模板碳源和氮源共同溶于水，獲得混合液；

6、將所述混合液進(jìn)行凍干，獲得混合料；

7、將所述混合料在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和干燥，獲得分級多孔碳材料；

8、其中，所述微孔自模板碳源包括酒石酸鉀鈉，所述氮源包括尿素、雙氰胺、氯化銨和硫脲中的任意一種。

9、進(jìn)一步的，所述將微孔自模板碳源和氮源共同溶于水，獲得混合液，具體包括：

10、將微孔自模板碳源和氮源按照摩爾比1：(0.5～3)共同溶于水，獲得混合液；

11、其中，所述混合液中所述微孔自模板碳源的摩爾濃度為50～100mm。

12、進(jìn)一步的，所述將所述混合液進(jìn)行凍干，獲得混合料，具體包括：

13、將所述混合液進(jìn)行凍干，凍干溫度為-60～-40℃，凍干時間為18～36h，獲得混合料。

14、進(jìn)一步的，所述將所述混合料在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和干燥，獲得分級多孔碳材料，具體包括：

15、在惰性氣氛下，將所述混合料以3～8℃/min升溫至600～800℃進(jìn)行碳化，保溫時間為1～3h，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和真空干燥，獲得分級多孔碳材料。

16、可選的，所述所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和真空干燥，獲得分級多孔碳材料，具體包括：

17、所得產(chǎn)物經(jīng)60～90℃水洗滌3～5次，后在60～100℃下真空干燥8h以上，獲得分級多孔碳材料。

18、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種n摻雜分級多孔碳材料，所述分級多孔碳材料通過上述一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法制得。

19、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種微污染物吸附-過濾水處理材料，所述水處理材料包括微濾膜，所述微濾膜表面吸附有上述一種n摻雜分級多孔碳材料；

20、所述微濾膜的孔徑為0.22～0.7μm，所述微濾膜表面所述分級多孔碳材料的含量為2～90mg/cm2。

21、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種微污染物吸附-過濾水處理材料的制備方法，所述制備方法包括：

22、將上述一種n摻雜分級多孔碳材料分散于水中，后通過減壓抽濾的方式將所述分級多孔碳材料抽濾至微濾膜表面，形成水處理材料；

23、其中，所述微濾膜的孔徑為0.22～0.7μm，所述微濾膜表面所述分級多孔碳材料的含量為2～90mg/cm2。

24、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種n摻雜分級多孔碳材料在吸附和/或去除水中微量有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

25、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種微污染物吸附-過濾水處理材料在吸附和/或去除水中微量有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

26、本發(fā)明實施例中的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

27、1.本發(fā)明一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，該方法采用酒石酸鉀鈉作為碳源，酒石酸鉀鈉作為葡萄糖下腳料，價格低廉，在高溫碳化過程中生成具有微孔模板作用的碳酸鉀鈉，相比于傳統(tǒng)活性炭的制備，省去了添加koh等活化劑進(jìn)行活化的步驟，從而大大降低了制備成本，尿素等氮源可進(jìn)一步調(diào)控其氮摻雜量及孔徑形成n摻雜分級多孔碳,所制得的n摻雜分級多孔碳材料與有機(jī)污染物具有更強的π-π相互作用，對微量有機(jī)污染物具有優(yōu)異的吸附性能，同時由于其極快的吸附動力學(xué)過程，可與膜過濾耦合，實現(xiàn)超快凈水速度，同時易于粉體碳材料的分離，本發(fā)明利用微孔自模板前體制備功能化碳材料，無需額外的物理、化學(xué)活化，制造成本低，且易于操作，容易實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景好。

28、2.本發(fā)明一種n摻雜分級多孔碳材料，利用微孔自模板前體(即酒石酸鉀鈉)通過一步高溫碳化制得的分級多孔碳材料，具有高比表面積、孔隙發(fā)達(dá)，孔徑可調(diào)(通過改變碳源和氮源的比例)的優(yōu)勢，通過n摻雜功能化，使得分級多孔碳材料對有機(jī)污染物具有更強的π-π相互作用力，因而對低濃度弱疏水性藥物類新污染物具有優(yōu)異的吸附性能和去除效率，可用于水中微污染物的吸附去除。

技術(shù)特征：

1.一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，其特征在于，所述將微孔自模板碳源和氮源共同溶于水，獲得混合液，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，其特征在于，所述將所述混合液進(jìn)行凍干，獲得混合料，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，其特征在于，所述將所述混合料在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和干燥，獲得分級多孔碳材料，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法，其特征在于，所述所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和真空干燥，獲得分級多孔碳材料，具體包括：

6.一種n摻雜分級多孔碳材料，其特征在于，所述分級多孔碳材料通過權(quán)利要求1～5中任一項所述的一種n摻雜分級多孔碳材料的制備方法制得。

7.一種微污染物吸附-過濾水處理材料，其特征在于，所述水處理材料包括微濾膜，所述微濾膜表面吸附有權(quán)利要求6所述的一種n摻雜分級多孔碳材料；

8.如權(quán)利要求7所述的一種微污染物吸附-過濾水處理材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

9.如權(quán)利要求6所述的一種n摻雜分級多孔碳材料在吸附和/或去除水中微量有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

10.如權(quán)利要求7所述的一種微污染物吸附-過濾水處理材料在吸附和/或去除水中微量有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種N摻雜分級多孔碳材料的制備方法，屬于環(huán)境功能材料和水處理技術(shù)領(lǐng)域，所述制備方法包括：將微孔自模板碳源和氮源共同溶于水，獲得混合液；將所述混合液進(jìn)行凍干，獲得混合料；將所述混合料在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌和干燥，獲得分級多孔碳材料；其中，所述微孔自模板碳源包括酒石酸鉀鈉，所述氮源包括尿素、雙氰胺、氯化銨和硫脲中的任意一種。該方法制備的分級多孔碳材料對微量有機(jī)污染物具有優(yōu)異的吸附性能，可用于水中微污染物的吸附去除，并且該方法無需額外的物理、化學(xué)活化，制造成本低，容易實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景好。本發(fā)明還提供了一種N摻雜分級多孔碳材料及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：王津南,候志昂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2