一种硫掺杂碳材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种硫掺杂碳材料、其制备方法及应用，涉及材料技术领域。通过以聚氯乙烯和噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对富硫有机聚合物微球进行碳化和活化，通过优化活化工艺使制备得到的硫掺杂碳材料的比表面积更为理想，能够有效地吸附铜离子，具有非常好的应用前景。具有非常好的应用前景。具有非常好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种硫掺杂碳材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及材料
，具体而言，涉及一种硫掺杂碳材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]工业、科技的快速发展，自然环境受到了极大的污染，大量的工业废水被排入环境，产生大量的重金属。由于金属离子在环境中很难自然降解，这对自然生态系统产生了很大的影响，重金属的污染导致水资源的短缺，严重的环境负担正在增加。这导致了经济地位，人类生存和环境发展的下降。铜是最常见的重金属离子之一，可通过工业和人类活动不断释放到环境中，包括矿石开采和钢铁冶炼、金属加工等。一旦铜离子(Cu
2+
)进入人体并在体内蓄积，就会对人体健康造成危害，甚至导致威尔逊氏病、神经退行性改变等疾病。因此，对环境中的重金属进行敏感的检测和有效的吸附是减少污染和预防人类疾病的关键。
[0003]球形活性碳是一种特殊类型的活性碳，具有高抗压强度和低灰分。煤、沥青、树脂、聚合物、木质素、碳水化合物等都可以作为前体，利用简单的碳化和活化过程来制备球形活性炭。球形活性炭在去除重金属、有机染料、二氧化碳、挥发性有机化学品、催化剂载体、气体和能量储存、化学保护材料和血液净化等方面具有广泛的作用。
[0004]但是，目前的活性炭材料普遍存在着比表面积不够大、对铜的吸附效果不理想的问题。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种硫掺杂碳材料及其制备方法，旨在制备大比表面积且能够很好地吸附铜离子的碳材料。
>[0007]本专利技术的另一目的在于提供硫掺杂碳材料在吸附铜离子中的应用。
[0008]本专利技术是这样实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种硫掺杂碳材料，其制备过程包括：以聚氯乙烯和噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对富硫有机聚合物微球进行碳化和活化；
[0010]其中，活化是利用水蒸气活化。
[0011]在可选的实施方式中，噻吩类化合物选自3
‑
乙烯基噻吩和3
‑
乙炔基噻吩中的至少一种；
[0012]优选地，硫掺杂碳材料的比表面积为2500
‑
3500m2/g。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种前述实施方式中任一项硫掺杂碳材料的制备方法，包括：以聚氯乙烯和噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对富硫有机聚合物微球进行碳化和活化；其中，活化是利用水蒸气活化。
[0014]在可选的实施方式中，活化是控制活化温度为500
‑
800℃，活化时间为1
‑
5h，水蒸气流速为1
‑
7mL/min；
[0015]优选地，活化温度为550
‑
650℃，活化时间为1
‑
2h，水蒸气流速为6
‑
7mL/min。
[0016]在可选的实施方式中，活化包括：将碳化后的材料置于管式炉中，以80
‑
120mL/min的流速通入惰性气体，控制升温速率为2.5
‑
5℃/min，升温至活化温度后，通入水蒸气进行活化，活化完成后冷却至室温；
[0017]优选地，惰性气体为氮气。
[0018]在可选的实施方式中，碳化是控制碳化温度为400
‑
500℃，碳化时间为6
‑
10h；
[0019]优选地，碳化包括：将富硫有机聚合物微球置于管式炉中，以80
‑
120mL/min的流速通入惰性气体，控制升温速率为2.5
‑
5℃/min，升温至碳化温度进行碳化；更优选地，惰性气体为氮气。
[0020]在可选的实施方式中，制备富硫有机聚合物微球的过程包括：将聚氯乙烯、噻吩类化合物、致孔剂、增塑剂和引发剂混合得到油相，将油相和水相混合反应，将反应得到的固体物料进行清洗、干燥；
[0021]优选地，反应温度为60
‑
80℃，反应时间为6
‑
10h；
[0022]优选地，清洗是分别利用乙醇和水进行清洗；
[0023]优选地，干燥是控制干燥温度为50
‑
70℃。
[0024]在可选的实施方式中，聚氯乙烯和噻吩类化合物的体积比为1:1
‑
2，致孔剂与聚氯乙烯的体积比为0.5
‑
1.5:1，增塑剂和聚氯乙烯的体积比为3
‑
5:1，每毫升聚氯乙烯对应引发剂的用量为0.04
‑
0.06g；
[0025]优选地，致孔剂选自甲苯和丁二醇中的至少一种；
[0026]优选地，增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种；
[0027]优选地，引发剂选自偶氮二异丁腈和偶氮二异戊腈中的至少一种。
[0028]在可选的实施方式中，水相的制备过程包括：将聚乙烯醇、明胶、无机盐和水混合，在100
‑
130℃的条件下搅拌0.5
‑
2h，无机盐选自氯化钠和氯化钾中的至少一种；
[0029]优选地，聚乙烯醇、明胶和无机盐的质量比为1:0.1
‑
0.2:2
‑
3。
[0030]第三方面，本专利技术提供前述实施方式中任一项的硫掺杂碳材料或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的硫掺杂碳材料在吸附铜离子中的应用。
[0031]本专利技术具有以下有益效果：通过以聚氯乙烯和噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对富硫有机聚合物微球进行碳化和活化，通过优化活化工艺使制备得到的硫掺杂碳材料的比表面积更为理想，能够有效地吸附铜离子，具有非常好的应用前景。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]图1为大表面积硫掺杂碳微球宏观图和电镜图，(a)为碳化前得到的微球产品；(b)为碳化活化后的产品；(c)为碳化前得到的微球产品的微观形貌；(d)为碳化活化后的产品的微观形貌图；
[0034]图2为大表面积硫掺杂碳微球N2吸附等温线和孔径分布图，其中，a表示N2吸附等温
线，b表示孔径分布图；
[0035]图3为大表面积硫掺杂碳微球吸附铜离子的等温吸附曲线和动力学吸附曲线图，其中，a为等温吸附曲线，b为动力学吸附曲线图；
[0036]图4为大表面积硫掺杂碳微球吸附铜离子的Freundlich曲线和Langmuir曲线，其中，a表示Freundlich曲线，b表示Langmuir曲线；
[0037]图5为大表面积硫掺杂碳微球吸附铜离子的准一级动力学曲线和准二级动力学曲线图，其中，a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂碳材料，其特征在于，其制备过程包括：以聚氯乙烯和噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对所述富硫有机聚合物微球进行碳化和活化；其中，所述活化是利用水蒸气活化。2.根据权利要求1所述的硫掺杂碳材料，其特征在于，所述噻吩类化合物选自3
‑
乙烯基噻吩和3
‑
乙炔基噻吩中的至少一种；优选地，硫掺杂碳材料的比表面积为2500
‑
3500m2/g。3.一种权利要求1
‑
2中任一项所述硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于，包括：以所述聚氯乙烯和所述噻吩类化合物作为单体制备富硫有机聚合物微球，对所述富硫有机聚合物微球进行碳化和活化；其中，所述活化是利用水蒸气活化。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述活化是控制活化温度为500
‑
800℃，活化时间为1
‑
5h，水蒸气流速为1
‑
7mL/min；优选地，活化温度为550
‑
650℃，活化时间为1
‑
2h，水蒸气流速为6
‑
7mL/min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化包括：将碳化后的材料置于管式炉中，以80
‑
120mL/min的流速通入惰性气体，控制升温速率为2.5
‑
5℃/min，升温至所述活化温度后，通入水蒸气进行活化，活化完成后冷却至室温；优选地，所述惰性气体为氮气。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳化是控制碳化温度为400
‑
500℃，碳化时间为6
‑
10h；优选地，所述碳化包括：将所述富硫有机聚合物微球置于管式炉中，以80
‑
120mL/min的流速通入惰性气体，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚波林，欧俊杰，韩速，兰景茗，王宝莹，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：