本发明专利技术涉及一种氮、硫共掺杂微孔‑介孔碳微球的制备方法。属于材料科学技术领域。按1：1.2～1.8：0.5～1.5：0.5～1.5：1～3：32～82：40～100质量份数量取3‑氨基酚、甲醛溶液、L‑半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。将水和乙醇在20～35℃下混匀并将其余原料依次加入其中，反应24h后于100℃水热处理24h，在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升到600～900℃炭化，用NaOH除去SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球。按1：1～4：20～50质量份数量取所得碳微球、KOH和水，混匀，干燥后在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升到600～900℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔‑介孔碳微球。本发明专利技术工艺简单，所得氮、硫共掺杂微孔‑介孔碳微球在吸附去除废水中重金属离子的应用前景广泛。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球的制备方法，属于材料科学
技术介绍
我国大多数地区的地下水和地表水受到了重金属离子不同程度的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水(含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子)是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。利用吸附剂去除水中重金属离子的方法，以其简便、高效、经济、选择性好等优点而被广泛应用。碳材料被认为是良好的吸附剂之一，它具有制备原料广泛，能够通过不同方法设计出不同形貌、孔结构和比表面积的多孔碳材料，从而获得吸附性能优良的碳基吸附剂的优点。例如，李银辉等利用多糖溶液和PVP制备的多孔碳材料对重金属具有较好的吸附性能(“一种吸附水体中重金属离子的碳材料及其应用”，中国专利技术专利，申请号：201510389961.0)，张红平等利用生物质秸秆制备的多孔吸附碳材料具有较好的吸附性，较高的经济价值和环保意义(“一种基于棉花秸秆的多孔生物碳重金属吸附材料的制备方法，中国专利技术专利，申请号：201510328520X”)。但是碳材料表面呈疏水的性质，使其在水系中很难被浸润，因此孔道表面不能被充分用来吸附重金属离子，导致纯碳材料对重金属离子的吸附容量有限。刘明贤等将硫元素引入到碳材料中，提高了碳材料吸附剂对重金属离子的吸附量(“一种硫功能化碳泡沫的制备方法”，中国专利技术专利，专利号：ZL201110433991.9；“一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法”，中国专利技术专利，申请号：201310446617.1)。不过，该专利技术制备的碳泡沫为粉体材料，在使用过程中存在难以有效分离和回收等问题。将碳材料微球化，其结构强度、分散性、吸附、分离回收等方面的性能都将得到明显提高。在此基础上，刘明贤等公开了“一种氮、硫功能化碳泡沫磁性微球的制备方法”(中国专利技术专利，申请号：201510359764.4)。不过，该专利技术制备的碳泡沫磁性微球比表面积不高，氮、硫含量较低，限制了碳材料对重金属的吸附容量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球的制备方法。所得的碳微球，具有氮、硫元素含量高，比表面积大等优点，在吸附去除废水中重金属离子方面有着重要的应用前景。为达到上述目的，本专利技术以表面活性剂、硅溶胶为模板，3-氨基酚和甲醛为碳源，L-半胱氨酸和3-氨基酚为含氮、硫单体，运用水热法制备氮、硫共掺杂的介孔碳微球，利用KOH对氮、硫共掺杂的介孔碳微球进行活化后得到氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球。具体制备工艺是按如下步骤进行的：先按1：1.2～1.8：0.5～1.5：0.5～1.5：1～3：32～82：40～100质量份数量取3-氨基酚、甲醛溶液、L-半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。然后将水和乙醇在20～35℃下混合均匀，在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和甲醛溶液，反应24h后，将上述混合物于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升温到600～900℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球，其中NaOH的加入量为所得氮、硫共掺杂介孔碳微球中SiO2物质的量的2倍。按1：1～4：20～50质量份数量取所得氮、硫共掺杂介孔碳微球、KOH和水，混合均匀，干燥后，在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升温到600～900℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球。以上原料均为市售试剂级产品，其中上述表面活性剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物为Sigma-Aldrich公司生产，商品名称F127，平均分子量为12600。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术以表面活性剂和硅溶胶为模板，制备的氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球具有丰富的介孔结构，KOH活化过程又赋予了碳微球丰富的微孔结构，极大提高了碳微球的比表面积。2.本专利技术以3-氨基酚和甲醛为碳源，3-氨基酚又可以同时作为含氮单体，L-半胱氨酸为含氮、硫单体，制备的氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球，具有氮、硫含量高的优点，从而提高了碳微球对金属离子的吸附能力。3.分析测试结果表明，本专利技术制备的氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球大小均匀，比表面积达到1000m2/g。其作为重金属吸附材料时，对Pb2+的饱和吸附容量达到140mg/g，对Cu2+的饱和吸附容量达到50mg/g，表现出较强的吸附能力。4.本专利技术工艺简单，所得氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球在吸附去除废水中重金属离子方面有着重要的应用前景。具体实施方式实施例1按1：1.2：0.5：0.5：1：32：40质量份数取3-氨基酚、甲醛溶液、L-半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。将水和乙醇在20℃下混合均匀，在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和甲醛溶液，反应24h后，将上述混合物于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以2℃/min的升温速率从室温升温到600℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球，其中NaOH的加入量为所得氮、硫共掺杂介孔碳微球中SiO2物质的量的2倍。按1：1：20质量份数量取所得碳微球、KOH和水，混合均匀后，烘干，在氮气气氛中，以2℃/min的升温速率从室温升温到900℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球。实施例2按1：1.4：1：1：2：45：60质量份数取3-氨基酚、甲醛溶液、L-半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。将水和乙醇在30℃下混合均匀，在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和甲醛溶液，反应24h后，将上述混合物于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以4℃/min的升温速率从室温升温到700℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球，其中NaOH的加入量为所得碳微球中SiO2物质的量的2倍。按1：2：30质量份数量取所得碳微球、KOH和水，混合均匀，干燥后，在氮气气氛中，以4℃/min的升温速率从室温升温到800℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球。实施例3按1：1.6：1.5：1.5：3：60：80质量份数取3-氨基酚、甲醛溶液、L-半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。将水和乙醇在35℃下混合均匀，在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和甲醛溶液，反应24h后，将上述混合物于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以8℃/min的升温速率从室温升温到800℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球，其中NaOH的加入量为所得碳微球中SiO2物质的量的2倍。按1：3：40质量份数量取所得碳微球、KOH和水，混合均匀，干燥后，在氮气气氛中，以8℃/min的升温速率从室温升温到700℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球。实施例4按1：1.8：1.5：1.5：3：82：100质量份数取3-氨基酚、甲醛溶液、L-半胱氨酸、表面活性剂、硅溶胶、乙醇和水。将水和乙醇在35℃下混合均匀，在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮、硫共掺杂微孔‑介孔碳微球的制备方法，其特征在于：先按质量份数量取3‑氨基酚：甲醛溶液：L‑半胱氨酸：表面活性剂：硅溶胶：乙醇：水＝1：1.2～1.8：0.5～1.5：0.5～1.5：1～3：32～82：40～100；将水和乙醇在20～35℃下混合均匀，并在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L‑半胱氨酸、3‑氨基酚和甲醛溶液，反应24h后将其置于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升温到600～900℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的SiO2，得到氮、硫共掺杂介孔碳微球，其中NaOH的加入量为所得氮、硫共掺杂介孔碳微球中SiO2物质的量的2倍；再按质量份数量取所得氮、硫共掺杂介孔碳微球：KOH：水＝1：1～4：20～50，将它们混合均匀后，烘干，在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升温到600～900℃活化，得到氮、硫共掺杂微孔‑介孔碳微球；以上原料均为市售试剂级产品，其中上述表面活性剂选用聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物为Sigma‑Aldrich公司生产，商品名称F127，平均分子量为12600。
【技术特征摘要】
1.一种氮、硫共掺杂微孔-介孔碳微球的制备方法，其特征在于：先按质量份数量取3-氨基酚：甲醛溶液：L-半胱氨酸：表面活性剂：硅溶胶：乙醇：水＝1：1.2～1.8：0.5～1.5：0.5～1.5：1～3：32～82：40～100；将水和乙醇在20～35℃下混合均匀，并在搅拌下依次加入表面活性剂、硅溶胶、L-半胱氨酸、3-氨基酚和甲醛溶液，反应24h后将其置于100℃水热处理24h，所得产物在氮气气氛中，以2～10℃/min的升温速率从室温升温到600～900℃炭化，然后用NaOH溶液除去产物中的S...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘明贤，张冰洁，甘礼华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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