贵阳污水处理用多孔炭材料及其制备方法

本发明公开了一种污水处理用多孔炭材料，包括以下重量份数的原料：80?100份炭材料前驱体，1?5份软模板剂，1?5份硬模板剂，0.1?1份表面活性剂及100?150份溶剂，本发明在软模板中加入硬模板法合成，硬模板可以起到支撑防止坍塌的作用，制得的多孔炭材料的孔道更加可控。本发明还提供了一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，先将炭材料前驱体进行表面修饰，降低其表面应力，更利于与软模板剂和硬模板剂的表面附着，制得的孔径更加规则有序。

　　权利要求书

　　1.一种污水处理用多孔炭材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：80-100份炭材料前驱体，1-5份软模板剂，1-5份硬模板剂，0.1-1份表面活性剂及100-150份溶剂。

　　2.根据权利要求1所述的一种污水处理用多孔炭材料，其特征在于，所述的软模板剂为两亲性聚合物;所述的硬模板剂为二氧化硅或氧化铝。

　　3.根据权利要求2所述的一种污水处理用多孔炭材料，其特征在于，所述的炭材料前驱体为蔗糖、糠醇和酚醛树脂的一种或多种混合物。

　　4.根据权利要求2所述的一种污水处理用多孔炭材料，其特征在于，所述的表面活性剂为季铵化合物。

　　5.一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

　　步骤一：将表面活性剂与溶剂混合均匀，制得表面活性剂溶液，将炭材料前驱体浸渍在表面活性剂溶液中，得改性炭材料前驱体;

　　步骤二：将改性炭材料前驱体与硬模板剂先进行第一次混合反应，然后继续加入软模板剂进行第二次混合反应，反应完成后过滤制得炭材料预制体;

　　步骤三：将炭材料预制体进行煅烧，煅烧后洗涤制得多孔炭材料。

　　6.根据权利要求5所述的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中，浸渍时间为20-40min。

　　7.根据权利要求5所述的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中，第一次混合反应在60-100℃下进行，反应时间为2-4h，第二次混合反应在150-180℃下进行，反应时间为2-4h。

　　8.根据权利要求5所述的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤三中，煅烧温度为600-900℃，煅烧时间为1-2h。

　　9.根据权利要求5所述的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，在步骤三中还包括有附加步骤，附加步骤具体是在煅烧之前将炭材料预制体加入氢氧化钾溶液中活化1-3h，然后将溶液蒸干，蒸干后取出炭材料预制体。

　　10.根据权利要求9所述的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，其特征在于，氢氧化钾溶液的浓度为1-5g/L。

　　说明书

　　一种污水处理用多孔炭材料及其制备方法

　　技术领域

　　本发明涉及水处理材料领域，具体涉及一种污水处理用多孔炭材料及其制备方法。

　　背景技术

　　随着我国经济的日益发达，环境的污染也日益严重，其中，水污染需要对其进行污水处理，污水处理是指为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

　　污水处理的方法有很多，其中的物理吸附法较为经济方便，而物理吸附法中的吸附材料，水处理效果不佳。

　　发明内容

　　本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种污水处理用多孔炭材料及其制备方法。

　　本发明的技术解决方案如下：

　　一种污水处理用多孔炭材料，包括以下重量份数的原料：80-100份炭材料前驱体，1-5份软模板剂，1-5份硬模板剂，0.1-1份表面活性剂以及100-150份溶剂。

　　优选的，所述的软模板剂为两亲性聚合物;

　　所述的硬模板剂为二氧化硅或氧化铝。

　　优选的，所述的炭材料前驱体为蔗糖、糠醇和酚醛树脂的一种或多种混合物。

　　优选的，所述的表面活性剂为季铵化合物。

　　本发明还公开了一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，包含以下步骤：

　　步骤一：将表面活性剂与溶剂混合均匀，制得表面活性剂溶液，将炭材料前驱体浸渍在表面活性剂溶液中，得改性炭材料前驱体;

　　步骤二：将改性炭材料前驱体与硬模板剂先进行第一次混合反应，然后继续加入软模板剂进行第二次混合反应，反应完成后过滤制得炭材料预制体;

　　步骤三：将炭材料预制体进行煅烧，煅烧后洗涤制得多孔炭材料。

　　优选的，所述的步骤一中，浸渍时间为20-40min。

　　优选的，所述的步骤二中，第一次混合反应在60-100℃下进行，反应时间为2-4h，第二次混合反应在150-180℃下进行，反应时间为2-4h。

　　优选的，所述的步骤三中，煅烧温度为600-900℃，煅烧时间为1-2h。

　　优选的，在步骤三中还包括有附加步骤，附加步骤具体是在煅烧之前将炭材料预制体加入氢氧化钾溶液中活化1-3h，然后将溶液蒸干，蒸干后取出炭材料预制体。

　　优选的，氢氧化钾溶液的浓度为1-5g/L。

　　本发明的有益效果是：

　　(1)本发明提供的一种污水处理用多孔炭材料，采用软模板剂和硬模板剂，其中软模板剂与与炭材料前躯体在有机相或水相中通过氢键等作用进行有机-有机自组装得到复合纳米胶束，然后固化前躯体形成三维交联的刚性结构，最后炭化可得到有序的介孔炭材料，也就是说软模板法是依靠分子间或分子内的弱相互作用来维系模板，从而形成不同空间结构特征的聚集体，但是软模板制得的孔道容易变形坍塌;因此，在软模板中加入硬模板法合成，硬模板可以起到支撑防止坍塌的作用，可以有效防止孔道的坍塌，制得的多孔炭材料的孔道更加可控。

　　(2)本发明提供的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，先将炭材料前驱体进行表面修饰，降低其表面应力，更利于与软模板剂和硬模板剂的表面附着，制得的孔径更加规则有序。

　　(3)本发明提供的一种污水处理用多孔炭材料的制备方法，先与硬模板剂合成，形成结构稳定的硬框架炭材料预制体，然后继续加入软模板剂在硬框架内部继续形成聚合物的有序软形态的多级孔径炭材料预制体，煅烧后得到多孔炭材料。

　　(4)本发明在体系中加入季铵化合物，使炭材料前驱体能成功包覆到硬模板剂的表面，同时季铵化合物的存在还会在炭材料中的孔道引入氨基，由于氨基与金属离子有较强的络合作用，极大提高了多孔碳的吸附能力，有助于其吸附重金属离子。

　　(5)本发明通过KOH活化炭材料，在活化过程中KOH自身脱水，对炭材料前驱体发生消碳反应，增加了比表面积，使其对重金属离子的吸附效果进一步增强。