一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法及其用图
【专利摘要】本发明提供了一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法及其用途，所述方法按照下述步骤进行：称取乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾晶体放入研钵中充分研磨，然后置于管式炉中，通入惰性气体，进行煅烧，待自然冷却后，将管式炉中的产物取出，用盐酸洗涤去除杂质，减压抽滤，用去离子水洗涤，烘干，制得羧酸钾盐基多孔碳材料。所得羧酸钾盐基多孔碳产率较高，并且拥有较高的比表面积和微孔率，能快速高效的吸附水中抗生素和染料，物化性质较为稳定。
【专利说明】
一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法及其用途
技术领域
[0001] 本发明属环境功能材料制备技术领域，特指一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方 法及其用途。
【背景技术】
[0002] 近年来，一些诸如染料和医药抗生素的废水污染物已经受到人们的广泛关注。许 多废水未达标准就被排放到自然环境中，对生态环境和人类健康造成了极大的威胁，通常 废水中大量的氯霉素含量被检测到。氯霉素(Chloramphenicol，CAP)作为一种广谱性抗生 素，是由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素，属抑菌性广谱抗生素，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳 性菌都有较强的抑制作用，长期以来被广泛应用于人类和动物传染性疾病的预防和治疗以 及动物的生长促进剂。大量的研究表明，氯霉素短时间内不能被完全降解，摄入体内抗生素 不能被生物体完全吸收，大部分以原形或代谢物排除体外，最终流入水体。由于氯霉素的成 本比较低，现如今，世界上仍有许多国家在违法使用氯霉素。氯霉素的大量使用不仅会使细 菌产生抗药性，而且会引起动物机体正常菌群失调、抵抗力降低、易感染各种疾病。因此，需 要研究一种快速经济有效的方法来移除环境中氯霉素类抗生素。
[0003] 当前，处理水中污染物的方法主要有吸附法，光降解法，生物降解等，其中吸附法 是一种低能耗和清洁高效的去除水中污染物的有效方法。目前工业上主要是以活性炭作为 吸附剂去除污染物，并且活性炭结构，比表面积，表面官能团等性质都会影响污染物的去除 效率。而且活性炭再生性较差，机械强度低，为了解决这一问题，需要寻找一种新型的，功能 性高的吸附剂去解决污染物的去除问题。
[0004] 多孔碳材料是一种孔隙结构发达的碳素功能材料，具备比表面积大、化学稳定性 高、机械性能强催化活性高、以及孔道结构和孔径尺寸可调等优异性质，同时兼具导电性、 导热性以及其制备成本低廉、过程简便等优点，被广泛地应用于超级电容器，燃料电池，水 净化，气体分离和污染物吸附等。这些优异的特性使多孔碳材料有望作为吸附剂应用到水 污染处理中。
【发明内容】
[0005] 本实验以乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾为碳源，在氮气或氩气保护下直接高温煅 烧，同步碳化和活化，然后用盐酸除去不纯物，减压抽滤，用去离子水或热水洗涤至中性得 到具有高比表面积的羧酸钾盐基多孔碳材料;并利用多种表征手段，考察了复合材料的形 貌以及孔道分布等参数，通过吸附实验研究羧酸钾盐基多孔碳材料对水环境中氯霉素的去 除性能。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] -种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，按照下述步骤进行：
[0008] 称取乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾晶体放入研钵中充分研磨，然后置于管式炉中， 通入惰性气体，进行煅烧，待自然冷却后，将管式炉中的产物取出，用盐酸洗涤去除杂质，减 压抽滤，用去离子水洗涤，烘干，制得羧酸钾盐基多孔碳材料。
[0009] 所述乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾晶体的质量为10g。
[0010] 所述的惰性气体为氮气或氩气。
[0011] 所述的煅烧方式如下：升温速率为3.0~10°C mirT1，升至700~900°C并在700~ 900°(：维持1.0~4.011。
[0012] 所用的盐酸浓度为1.0~12mol L-1。
[0013] 所制备的羧酸钾盐基多孔碳材料用于吸附水中的氯霉素。
[0014] 本发明的技术优点：
[0015] (1)所用碳源乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾，来源丰富，价格低廉，经济环保。
[0016] (2)所得羧酸钾盐基多孔碳产率较高，并且拥有较高的比表面积和微孔率，能快速 高效的吸附水中抗生素和染料，物化性质较为稳定。
[0017] (3)本发明的操作方法简单易行、同步碳化和活化，流程较短、操作易控，适于推广 使用。
【附图说明】
[0018] 图1是实施例2所制备的材料的电镜图，其中(a)为扫描电镜图，（b)为透射电镜图；
[0019] 图2是实施例2所制备的材料的氮气吸附-解吸附等温线和孔径分布图；
[0020] 图3是实施例2所制备的材料对水环境中氯霉素的吸附等温线图；
[0021] 图4是是实施例2所制备的材料对水环境中氯霉素的吸附动力学图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0023] 实施例1:
[0024]将10g柠檬酸钾充分研磨，在氮气保护下放入管式炉中煅烧，温度为700°C，升温速 率为3°C mirT1，维持l.Oh;将制得的产物用lmol I/1的HC1洗涤去除杂质，用去离子水多次 洗涤至中性，干燥既得羧酸钾盐基多孔碳材料。
[0025]利用静态吸附实验完成;将10mL不同浓度的氯霉素溶液加入到离心管中，分别向 其中加入2.Omg羧酸钾盐基多孔碳材料，恒温水浴中静置，考察了溶液pH值、接触时间、温度 离子强度对氯霉素吸附的影响;吸附达到饱和后，〇. 22um滤膜过滤收集上层清液，用紫外可 见光光度计在278nm测得试液中未被吸附的氯霉素分子浓度，计算得到吸附容量(Q e)。
[0026]
[0027]其中CQ(mg L-4和Ce(mg L-4分别是初始和平衡浓度，m(mg)为吸附剂用量，V(mL) 为溶液体积。
[0028]取10mL初始浓度分别为30~170mg I/1的氯霉素溶液加入到离心管中，分别加入 2. Omg羧酸钾盐基多孔碳材料，把测试液放在298K水浴中静置24h后，收集上层清液，未被吸 附的氯霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量，最后平衡 吸附量为389.9mg g一、
[0029]取1〇1^初始浓度为15〇1^1/1的氯霉素溶液加入到离心管中，分别加入2.〇11^羧酸 钾盐基多孔碳材料，把测试液放在298K的水浴中分别静置5.0~330min。静置完成后，收集 上层清液，未被吸附的氯霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸 附容量;结果表明：初始浓度为150mg Γ1，温度为298K时，300min左右达到吸附平衡。
[0030] 实施例2:
[0031] 将l〇g乙酸钾充分研磨，在氮气保护下放入管式炉中煅烧，温度为850°C，升温速率 为5°(：111^1，维持2.011;将制得的产物用5111 〇11/1的!1(：1洗涤去除杂质，用去离子水多次洗 涤至中性，干燥既得羧酸钾盐基多孔碳材料。按实施例1步骤操作，所得平衡吸附量为 509.8mg g-、在初始浓度为150mg L-S温度为298K时，250min左右达到吸附平衡。
[0032]图1是实施例2所制备的材料的电镜图，其中（a)为扫描电镜图，（b)为透射电镜图； 从la可以看出该羧酸钾盐基多孔碳材料为类纤维状结构，且互相团聚在一起，表面有点粗 糙;从图lb可以清晰地看到碳材料表面均匀分布着纳米孔，有利于污染物分子的附着。
[0033] 图2是实施例2所制备的材料的氮气吸附-解吸附等温线和孔径分布图；其中（a)为 氮气吸附-解吸附等温线，（b)为孔径分布图；从图中可以看出多孔碳材料的吸附属于I类型 (根据IUPAC分类），在低压的时候吸附比较快；图2b我们可以发现孔直径小于2nm，表明吸附 剂有大量的微孔。
[0034] 图3是实施例2所制备的材料对水环境中氯霉素的吸附等温线图；由图3可知:随着 初始浓度的升高，吸附量随之增加，298K时，平衡吸附量为509.8mg gi。
[0035] 图4是是实施例2所制备的材料对水环境中氯霉素的吸附动力学图。由图4可知，随 着接触时间的增加，吸附量迅速增加，在前70min，吸附量增加较快，250min左右慢慢趋于平 衡，表现出较快速的吸附平衡。
[0036] 实施例3:
[0037] 将10g酒石酸钾充分研磨，在氩气保护下放入管式炉中煅烧，温度为900°C，升温速 率为10°(：111^1，维持4.011;将制得的产物用12111〇11/1的!1(：1洗涤去除杂质，用去离子水多 次洗涤至中性，干燥既得羧酸钾盐基多孔碳材料。按实施例1步骤操作，所得平衡吸附量为 435.3mg g-、在初始浓度为150mg L-S温度为298K时，270min左右达到吸附平衡。
【主权项】
1. 一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行： 称取乙酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾晶体放入研钵中充分研磨，然后置于管式炉中，通入 惰性气体，进行煅烧，待自然冷却后，将管式炉中的产物取出，用盐酸洗涤去除杂质，减压抽 滤，用去离子水洗涤，烘干，制得羧酸钾盐基多孔碳材料。2. 根据权利要求1所述的一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述乙 酸钾、柠檬酸钾或酒石酸钾晶体的质量均为l〇g。3. 根据权利要求1所述的一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的 惰性气体为氮气或氩气。4. 根据权利要求1所述的一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的 煅烧方式如下：升温速率为3.0~10°C mirT1，升至700~900°C并在700~900°C维持1.0~ 4.Oh05. 根据权利要求1所述的一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所用的 盐酸浓度为1.0~12mol L一、6. 权利要求1~5任意一项所述的方法制备的羧酸钾盐基多孔碳材料的用途，其特征在 于，所制备的羧酸钾盐基多孔碳材料用于吸附水中的氯霉素。
【文档编号】B01J20/22GK105944681SQ201610356886
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】戴江栋, 田苏君, 何劲松, 谢阿田, 孙骏, 常忠帅, 李春香, 闫永胜
【申请人】江苏大学