一种网状含氮炭吸附剂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种网状含氮炭吸附剂材料及其制备方法和应用。本发明专利技术网状含氮炭吸附材料对盐酸环丙沙星的去除效果很好；该材料原料为商品化的聚氨酯海绵、嵌段共聚物、低分子酚醛树脂以及三聚氰胺等，原料便宜，生产成本较低，来源广泛容易生产，所需的生产工艺和生产设备简单；与一般吸附材料相比，该材料为块状吸附后和污水容易分离，容易回收不会对环境产生二次污染。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种网状含氮炭吸附剂材料及其制备方法和应用。本专利技术网状含氮炭吸附材料对盐酸环丙沙星的去除效果很好；该材料原料为商品化的聚氨酯海绵、嵌段共聚物、低分子酚醛树脂以及三聚氰胺等，原料便宜，生产成本较低，来源广泛容易生产，所需的生产工艺和生产设备简单；与一般吸附材料相比，该材料为块状吸附后和污水容易分离，容易回收不会对环境产生二次污染。【专利说明】一种网状含氮炭吸附剂材料及其制备方法和应用
: 本专利技术涉及一种用于去除水中盐酸环丙沙星等抗生素的网状含氮炭吸附剂材料及其制备方法。
技术介绍
: 近年来，抗生素的滥用、大量耐药性致病菌的出现引起了人们对抗生素的广泛关注。而盐酸环丙沙星是第三代氟喹诺酮类中抗菌活性较强的药物之一，广泛应用于人医和兽医的临床实践，特别在水产养殖业中，常被作为渔药用来预防和治疗水生动物的细菌感染疾病，这导致了该药物会以原形或代谢形式进入环境，直接威胁公共卫生安全和污染生态环境。现阶段，污水中有机污染物的处理方法主要有物理法、化学法和生物法。但用化学法和生物法处理有机污染物易受到例如污水成分、有机物浓度、PH值条件等诸多因素影响，对场地环境要求高，特别一些有毒有害污染物质用普通的方法很难去除或处理效果不理想。而本方法合成的材料由于成本低、制作工艺简单，可以用于工业大规模生产；同时，吸附效果高、材料吸附后容易回收，可以大规模的投入到环境中进行污水处理，不会对环境产生二次污染，所以具有较好的应用前景。活性炭吸附剂具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，对有机污染物可以进行有效的吸附，在印染工业和含重金属的废水处理方面应用比较多如专利CN101215016B制备负载金属酞菁的活性炭材料。然而，这些吸附剂本身颗粒细小，吸附后很难从水中分离，并且对于去除水中盐酸环丙沙星等抗生素方面的活性炭吸附剂的专利却很少。从目前的研究状况看，网状含氮炭材料对盐酸环丙沙星的吸附效果很好，且反应条件无需高温高压，且网状含氮炭材料是块状固体易回收。
技术实现思路
: 本专利技术的主要目的是提供一种用于去除水中盐酸环丙沙星等抗生素的网状含氮炭吸附剂材料。本专利技术另一目的是提供上述含氮固体吸附剂材料的制备方法。本专利技术还一目的是提供一种易分离回收的固体材料在去除水中大分子酸性有机污染物的应用。本专利技术选用商品化的聚氨酯海绵做大孔结构的骨架肢体，商品化的嵌段共聚物作为软模板，低分子酚醛树脂作为前驱体，三聚氰胺为氮源，采用溶剂挥发诱导自组装的方法制备了具有多级孔道结构的有一定形貌的介孔炭材料。本专利技术的具体技术方案如下: 一种网状含氮炭吸附剂材料的制备方法，该方法的具体步骤如下: 1)将在50°c熔融的苯酚加入20wt%的NaOH水溶液，搅拌lOmin，得到溶液A;其中苯酚与NaOH水溶液的质量比为5:1; 2)向溶液A中滴加37wt%甲醛水溶液，搅拌lOmin。缓慢升温至75°C保持Ih后降至室温；用2mol/L的稀盐酸调节pH为7，在45°C条件下真空干燥，得到酚醛预聚体B ;其中溶液A与甲醛水溶液质量比为1:1.4 ; 3)向乙醇中加入聚醚F127 (分子式=EOici6PO7ciEOici6，阿拉丁试剂公司)，搅拌至聚醚F127溶解，得溶液C ;其中乙醇与F127的质量比为0.03:1。4)将上述酚醛预聚体B加入溶液C中，其中B与C的质量比为1:0.3 ;混合液在50°C条件下恒温搅拌5h后，缓慢滴加三聚氰胺-甲醛混合溶液，三聚氰胺和甲醛的摩尔比为8:1，三聚氰胺-甲醛混合溶液与B、C混合物质量比为1:3，再次使用2mol/L的盐酸溶液调节pH为5.5左右，50°C下恒温搅拌2h ;得胶液为D ； 5)取胶液D注入到聚氨酯海绵中，胶液D与聚氨酯海绵的体积比为1:2(ml/cm3);用玻璃棒不断地挤压聚氨酯海绵中气泡，以便于溶胶填充大孔空间，填充好的聚氨酯海绵在通风良好的条件下连续旋转，使得胶液D均匀涂覆在聚氨酯海绵的枝杈；在室温下将海绵置于空气中静置20-40小时，使海绵中水分完全挥发;得到海绵E ； 6)把海绵E置于氮气气氛保护的管式炉中，以2V/min速率升温至550°C，将海绵E在550°C条件下放置3h，自然冷却到室温后，得到网状含氮炭材料。其中，步骤5)中取2.5ml胶液D注入到体积为5cm3的聚氨酯海绵中。步骤6)中该步骤在升温和降温过程中氮气的流量恒定在70ml/min。上述制备方法制得的网状含氮炭吸附剂材料。该网状含氮炭吸附剂材料在去除水中抗生素方面的应用，其中所述抗生素为盐酸环丙沙星。本专利技术具有如下有益效果: 本专利技术网状含氮炭吸附材料对盐酸环丙沙星的去除效果很好；该材料原料为商品化的聚氨酯海绵、嵌段共聚物、低分子酚醛树脂、正硅酸乙酯以及三聚氰胺等，原料便宜，生产成本较低，来源广泛容易生产，所需的生产工艺和生产设备简单；与一般吸附材料相比，该材料为块状吸附后和污水容易分离，容易回收不会对环境产生二次污染。实验结果为，粉末活性炭在25°C条件下对10mg/L的盐酸环丙沙星吸附一周，去除率为 22.22% ； 而以酚醛树脂为碳源，F127为造孔剂制成的炭材料在同等吸附条件下，盐酸环丙沙星的去除率达到89.94% ； 当向以酚醛树脂为碳源，F127为造孔剂制成炭材料的合成体系中添加氮源为尿素时，所得材料在同等吸附条件下对盐酸环丙沙星的去除率为90.11% ； 当向以酚醛树脂为碳源，F127为造孔剂制成炭材料的合成体系中添加氮源为三聚氰胺时，所得材料在同等吸附条件下对盐酸环丙沙星的去除率为98.59% ； 当以三聚氰胺为氮源制得的含氮炭制为粉末状时，在同等条件下对盐酸环丙沙星的去除率为92.67%。实验结果表示，在相同条件下，以三聚氰胺为碳源的含氮炭对盐酸环丙沙星的去除效果最好，并且该材料为块状时吸附效果更好。所以本专利技术的网状含氮炭能有效去除水中盐酸环丙沙星，吸附后容易回收，且不会对环境产生二次污染，是环境友好型材料。【专利附图】【附图说明】: 图1为本专利技术实施例1制备的网状含氮炭材料示意图。图2为对比实施例2制备的粉状含氮炭材料示意图。图3为试验实例2的溶液状态图。图4为试验实例3的溶液状态图。【具体实施方式】: 为了使本专利技术目的、技术方案及效果易于明白了解，下面结合附图及具体实例，进一步阐述本专利技术。实施例1 本专利技术制备网状含氮炭材料的方法，所述的制备方法包括以下的步骤: 本实例中的网状含氮炭材料选用商品化的聚氨酯海绵做大孔结构的骨架肢体，商品化的嵌段共聚物作为软模板，低分子酚醛树脂(酚醛预聚体)作为前驱体，采用溶剂挥发诱导自组装的方法制备了具有多级孔道结构的有序介孔炭材料，具体的制备方法如下:以下实例中聚醚F127，分子式:EO106PO70EO106，生产厂家阿拉丁试剂公司。(I)将在50°C熔融的苯酚加入20wt%的NaOH水溶液，搅拌lOmin，得到溶液A ;其中苯酚与NaOH水溶液的质量比为5:1。(2)向溶液A中滴加37wt%甲醛水溶液，搅拌lOmin。缓慢升温至75°C保持Ih后降至室温；用2mol/L的稀盐酸调节pH为7，在45°C条件下真空干燥，得到酚醛预聚体B ;其中溶液A与甲醛水溶液质量比为1:1.4。(3)向乙醇中加入聚醚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网状含氮炭吸附剂材料的制备方法，该方法的具体步骤如下：1）将在50℃熔融的苯酚加入20wt%的NaOH水溶液，搅拌10min，得到溶液A；其中苯酚与NaOH水溶液的质量比为5:1；2）向溶液A中滴加37wt%甲醛水溶液，搅拌10min;缓慢升温至75℃保持1h后降至室温；用2mol/L的稀盐酸调节pH为7，在45℃条件下真空干燥，得到酚醛预聚体B；其中溶液A与甲醛水溶液质量比为1:1.4；3）向乙醇中加入聚醚F127，搅拌至聚醚F127溶解，得溶液C；其中乙醇与聚醚F127的质量比为0.03:1;4）将上述酚醛预聚体B加入溶液C中，其中B与C的质量比为1:0.3；混合液在50℃条件下恒温搅拌5h后，缓慢滴加三聚氰胺‑甲醛混合溶液，三聚氰胺和甲醛的摩尔比为8:1，三聚氰胺‑甲醛混合溶液与B、C混合物质量比为1:3，再次使用2mol/L的盐酸溶液调节pH为5.5左右，50℃下恒温搅拌2h；得胶液为D；5）取胶液D注入到聚氨酯海绵中，胶液D与聚氨酯海绵的体积比为1:2（ml/cm3）；用玻璃棒挤压聚氨酯海绵中气泡，将胶液填充大孔空间，填充后在室温下将海绵于空气20‑40小时，得到海绵E；6）把海绵E置于氮气气氛保护的管式炉中，以2℃/min速率升温至550℃，将海绵E在550℃条件下放置3h，自然冷却到室温后，得到网状含氮炭材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭照冰，葛鑫，卢霞，刘凤玲，魏英，陈姝，祝胜男，程莹莹，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32