一种多孔磁性碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔磁性碳材料及其制备方法和应用，属于无机纳米吸附材料技术领域。本发明专利技术将含钴金属盐和乌洛托品分别溶解于无水乙醇中后混合、搅拌、静置生成沉淀后，将沉淀直接干燥，得到Co

【技术实现步骤摘要】
一种多孔磁性碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及无机纳米吸附材料
，具体涉及一种多孔磁性碳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]抗生素是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，其由于具有抗菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫等特性，被广泛应用于医药、畜牧业和水产养殖业等行业。然而抗生素难以被生物降解和代谢，大约30％～90％的抗生素通过尿液或粪便进入自然的水生环境。、由于抗生素在水中的生物降解性很低，导致如何有效地从水体中去除抗生素成为亟需解决的国际问题。目前，去除水生环境中的抗生素的方法有高级氧化过程(AOPs)、电化学、膜分离、生物降解以及吸附法等。其中，吸附法简单易行、成本低、安全、污染物脱除效率高，在抗生素的去除中得到广泛应用，常用的吸附材料主要有：树脂、伯胺化合物、碳材料。
[0003]近年来，金属有机骨架(MOFs)是一类由金属离子或离子簇与有机配体通过自组装形成的高度结晶的多孔性碳材料，由于其超高孔隙度、较大的比表面积、可调孔尺寸和形状以及易功能化，已成为备选吸附剂的研究热点。磁性MOFs材料是在MOF材料上引入铁、钴、镍等具有磁性的金属，其可以通过外加磁场来对此类吸附剂和废水进行快速的磁分离，避免了离心和过滤等繁琐的步骤，极大地节约了时间。目前，磁性MOFs材料通常是采用直接碳化金属有机骨架材料法进行制备，其具体是将铁、钴、镍基MOF材料经过简单的热解而制得，不仅极大地简化了制备过程，并且MOF衍生的多孔碳材料的尺寸、结构、形态和组成可控，所得到的孔道结构高度有序。对于目前含有钴的磁性MOF材料而言，使用的配体是常见的对苯二甲酸，这使得Co金属中心与有机配体的配位方式、孔结构固定化，由此按常规直接碳化金属有机骨架材料法制得的磁性MOF材料存在钴含量低、抗生素吸附效果差、吸附容量差的问题。
[0004]因此，十分有必要研发一种能够有效提高钴含量和抗生素吸附效率、成本低、操作简单且可控性强的多孔磁性碳材料及其制备方法。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种多孔磁性碳材料的制备方法，该方法采用新型有机配体乌洛托品，形成的Co
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MOF为微米级的片状颗粒，经过高温煅烧制得的多孔磁性碳材料含钴量高、具有介孔结构且孔道丰富，能够有效提高抗生素吸附效率和吸附容量。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种多孔磁性碳材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0008]S1、将含钴金属盐和乌洛托品分别溶于无水乙醇，得到A液和B液；将A液滴入B液中，搅拌至充分反应，静置、干燥，得到Co
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MOF前驱物；
[0009]S2、在惰性气体存在的条件下，对Co
‑
MOF前驱物升温至400～800℃，并保温；冷却，得到所述多孔磁性碳材料。
[0010]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S1中的含钴金属盐与乌洛托品之间的摩尔比为1:1.8～2.5，优选为1:2。
[0011]作为本专利技术优选的实施方式，所述含钴金属盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种。
[0012]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S1的搅拌时间为12
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24h、静置时间为12
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24h。
[0013]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S1干燥是在温度为60
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80℃的烘箱中干燥12
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24h。
[0014]作为本专利技术优选的实施方式，所述惰性气体为Ar或N2。
[0015]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S2中升温的升温速率为5～10℃/min。
[0016]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S2中的保温时间为2～4h。
[0017]本专利技术的目的之二在于提供一种多孔磁性碳材料，其是采用上述的制备方法制得的。
[0018]本专利技术的目的之三在于提供如上所述的多孔磁性碳材料在制备抗生素吸附剂中的应用。
[0019]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0020]本专利技术使用廉价易得的乌洛托品作为有机配体、含钴金属盐作为金属中心、无水乙醇作为溶剂制得Co
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MOF前驱体，在惰性气体存在的条件下对Co
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MOF前驱体高温热解，得到多孔磁性碳材料。Co
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MOF前驱体中含有大量的钴离子，在高温热解过程中钴离子被还原为氧化钴并在特定的温度下形成钴单质，氧化钴或钴单质能够与抗生素四环素进行络合或化学吸附，从而将抗生素四环素从废水中去除；同时Co
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MOF前驱体在热解之后形成高度丰富且有序的多孔结构。与现有技术相比，
[0021]因此，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术的原料来源广泛、价格低廉，制备过程简单、无需水热，所需设备要求低，常温即可合成Co
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MOF前驱体，可控性强，有效节约了生产成本。
[0023](2)与传统的制备方法相比，通过本专利技术制备方法得到的碳材料具有介孔结构、孔隙率高、孔道多，含钴量可高达85％，磁性大，从而大大提高了对抗生素的吸附效率，吸附容量高，最大吸附容量可达3058mg/g。
[0024]综上所述，本专利技术制备过程简单、无需水热，生产成本低，制得的多孔磁性碳材料含钴量高、磁性大，具有介孔结构且孔道丰富，能够有效提高抗生素吸附效率和吸附容量，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术不同摩尔比下制得的多孔磁性碳材料的抗生素吸附率对比图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制得的多孔磁性碳材料的SEM图；
[0027]图3为本专利技术实施例1制得的多孔磁性碳材料的X射线光电子能谱(XPS)图；
[0028]图4为本专利技术实施例2制得的多孔磁性碳材料的SEM图；
[0029]图5为本专利技术实施例2制得的多孔磁性碳材料的XPS图；
[0030]图6为本专利技术实施例3制得的多孔磁性碳材料的SEM图；
[0031]图7为本专利技术实施例3制得的多孔磁性碳材料的XPS图；
[0032]图8为本专利技术实施例4制得的多孔磁性碳材料的SEM图；
[0033]图9为本专利技术实施例4制得的多孔磁性碳材料的XPS图；
[0034]图10为本专利技术实施例5制得的多孔磁性碳材料的SEM图；
[0035]图11为本专利技术实施例5制得的多孔磁性碳材料的XPS图；
[0036]图12为本专利技术实施例1～5制得的多孔磁性碳材料的X射线衍射(XRD)图；
[0037]图13为本专利技术实施例1～5制得的多孔磁性碳材料的N2吸脱附曲线图；
[0038]图14为本专利技术实施例1～5制得的多孔磁性碳材料吸附四环素的去除效果对比图；
[0039]图15为本专利技术实施例1～5制得的多孔磁性碳材料的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔磁性碳材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将含钴金属盐和乌洛托品分别溶于无水乙醇，得到A液和B液；将A液滴入B液中，搅拌至充分反应，静置、干燥，得到Co
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MOF前驱物；S2、在惰性气体存在的条件下，对Co
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MOF前驱物升温至400～800℃，并保温；冷却，得到所述多孔磁性碳材料。2.根据权利要求1所述的多孔磁性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的含钴金属盐与乌洛托品之间的摩尔比为1:1.8～2.5。3.根据权利要求1所述的多孔磁性碳材料的制备方法，其特征在于：所述含钴金属盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的一种。4.根据权利要求1所述的多孔磁性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的搅拌时间为12
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖文波，吴伟才，钟国玉，陈洁怡，区楚雯，袁浩桉，夏小强，连得宝，潘俊杰，黄孝游，杨婷婷，赖智城，吴佳璇，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：