一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料、其制备方法及应用，属于多孔碳材料制备技术领域。本发明专利技术的负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料是由固废石膏、沥青基碳源以及铁基催化剂制备而成，具有大的比表面积、性能稳定等特点，可以用于生物柴油的制备。除此之外，本发明专利技术的负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料，易回收且催化制备的生物柴油产率高，表现出较高的活性，易于实现商业化应用，具有较好的应用价值。的应用价值。的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于碳材料制备
，具体涉及一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，我国经济发展所面临的资源短缺和环境污染的矛盾日趋严重。大量的工业副产石膏(固废石膏)的排放，已对我国的生态环境造成了巨大影响，这种影响随着它的排放量增加而日趋严重。工业副产石膏的来源丰富，例如在工业化生产进程中烟气脱硫或中和酸性废水所排出的工业固体废弃物(主要成分为二水硫酸钙CaSO4·
2H2O)，氟化工企业生产氢氟酸时浓硫酸与萤石(CaF2)反应后的工业废渣(主要成分为Ⅱ型无水硫酸钙CaSO4)等。目前，工业副产石膏主要用作水泥缓凝剂、碱度水泥、建筑石膏、纸面石膏板、硫酸钙晶须及晶须造纸、硫酸铵肥料、改造盐碱地、辅助水泥加固软土地基用于道路建设等方面，但绝大部分未被利用，占用大量土地而露天堆放，已成为严重污染环境的工业废渣。但目前并没有合理的利用途径，导致工业副产石膏的规模化利用发展缓慢。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法，能够实现固废石膏的有效利用，其技术方案如下：
[0004]一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法，步骤如下：
[0005]将固废石膏、沥青基碳源、催化剂溶于有机溶剂中，在80～100℃条件下充分搅拌，蒸干溶剂，得到灰黑色固体；将灰黑色固体置于惰性气体中，控制升温速率为3～10℃/min，升至500～900℃，进行高温煅烧处理，煅烧时间为1～5h，得到黑色固体；将黑色固体置于空气气氛中，控制升温速率为3～10℃/min，升至200～400℃，退火时间为1～4h，获得负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料。
[0006]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，固废石膏、沥青基碳源以及催化剂的质量比选自0.5～4:0.5～8:0.5～2。
[0007]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，固废石膏选自工业生产中排放的磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、柠檬酸石膏、盐石膏或氟石膏等工业副产石膏。
[0008]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，沥青基碳源为多孔碳基体，选自煤沥青、石油沥青、湖沥青、岩沥青中的一种或几种。
[0009]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，催化剂选自氯化铁、氯化亚铁、三氧化二铁中的一种或几种。
[0010]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，有机溶剂选自氮甲基吡咯烷酮、四氯化碳、四氢呋喃中的一种或几种。
[0011]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，惰性气体选自氮气或氩
气。
[0012]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，固废石膏经高温反应，可分解为二氧化硫气体和氧化钙，二氧化硫气体经收集、催化氧化后可转变为三氧化硫，三氧化硫通过稀硫酸吸收后可制得浓硫酸。
[0013]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，催化剂能够明显降低固废石膏的分解温度，促进固废石膏的分解，并有利于二氧化硫的形成。
[0014]上述负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法中，固废石膏在利用之前可进行预处理，预处理方法为：将固废石膏置于50～70℃烘箱中烘干至恒重，经破碎、研磨、筛分，得到粒径为300目以下的固废石膏粉末。
[0015]由上述方法制备的负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料，负载氧化钙并具有磁性能、碱性以及多孔等优点。在该碳材料中，氧化钙颗粒均匀负载在多孔碳材料的表面及内部，其中，多孔碳对氧化钙的负载量为0.1～5g/g。多孔碳材料中孔由大孔、小孔和微孔组成，孔径大小为2μm～10nm。碳材料的磁性能主要是由四氧化三铁提供，其饱和磁化强度为30～70emu/g。四氧化三铁均匀生长在多孔碳材料表面，其是由铁基催化剂经高温煅烧(500～900℃)，低温退火(200～400℃)后转变而成。
[0016]由上述方法制备的负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料可以作为催化剂用于制备生物柴油。除此之外，负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料还可用作吸附剂、炼钢脱氧剂以及高温固硫剂等。
[0017]本专利技术提供了一种利用负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料将废弃油脂制备成生物柴油的方法，步骤如下：
[0018]将固体催化剂、废弃油脂和甲醇混合，将反应温度设定为30～75℃，冷却回流，搅拌，反应1～4h后，趁热取出固体催化剂，将反应液静置分层，去掉下层液体，并对上层油相进行洗涤，获得生物柴油。
[0019]上述生物柴油的制备方法中，固体催化剂为负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料，其从反应体系中被分离和收集后，可以多次循环利用。
[0020]上述生物柴油的制备方法中，甲醇与废弃油脂的摩尔比为5:1～20:1。
[0021]上述生物柴油的制备方法中，固体催化剂的用量为废弃油脂的1～15wt％。
[0022]上述生物柴油的制备方法中，废弃油脂选自地沟油、煎炸油、大豆油油脚、废动植物油的一种或几种。废弃油脂的酸值以不超过10mg KOH/g为宜。
[0023]上述生物柴油的制备方法中，滤液静置分层后，上层淡黄色的油相为生物柴油，下层为甘油与无水甲醇的混合相。
[0024]上述生物柴油的制备方法中，可采用去离子水对上层油相进行洗涤。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026](1)本专利技术在制备负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料时，首先对固废石膏进行了一次固废利用，然后又将制备的负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料作为催化剂处理废弃油脂，又进行了一次废弃利用。这种高附加值的综合利用，实现了固废处理过程的以废治废、变废为宝，循环经济的高值化利用。
[0027](2)固废石膏分解温度高(1200～1400℃)，易出现反应死角等问题。本专利技术在固废石膏的分解过程加入铁基催化剂，一方面有效降低了固废石膏的分解温度；另一方面能够
使得到的固废基多孔碱性碳材料具有良好的磁性能，在后续作为催化剂催化废弃油向生物柴油的转化过程中，有利于催化剂的有效收集和磁分离，能够实现催化剂多次循环利用，符合绿色化学生产工艺。
[0028](3)负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料以结构稳定的碳为载体，在反应过程不溶于水和有机溶剂，碳表面具有疏水性，有助于废弃油有机分子在碳表面的吸附、扩散和催化反应的进行。
[0029](4)多孔碳结构可以通过不同种方法(升温速率、分解温度等)进行调控，孔道、孔径以及比表面积都可以根据不同的反应需求进行改变，得到的具有不同孔结构的复合碳材料，氧化钙均匀分布在多孔碳材料的表面和内部，且与碳材料有着很好的结合力，有效减少了氧化钙在后续催化反应过程中的脱落。
[0030](5)将氧化钙负载在多孔碳材料的基体上，可有效提高多孔碳材料的比表面积以及催化剂活性中心的稳定性和催化活性，提高催化效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：将固废石膏、沥青基碳源、催化剂溶于有机溶剂中，在80～100℃条件下充分搅拌，蒸干溶剂，得到灰黑色固体；将灰黑色固体置于惰性气体中，控制升温速率为3～10℃/min，升至500～900℃，进行高温煅烧处理，煅烧时间为1～5h，得到黑色固体；将黑色固体置于空气气氛中，控制升温速率为3～10℃/min，升至200～400℃，退火时间为1～4h，获得负载氧化钙的磁性能多孔碱性碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，固废石膏、沥青基碳源以及催化剂的质量比为0.5～4:0.5～8:0.5～2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，固废石膏为工业生产中排放的工业副产磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、氟石膏中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，沥青基碳源为煤沥青、石油沥青、湖沥青、岩沥青中的一种或几种。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁永玲，孙华东，庞来学，田晓峰，管秦禾，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：