三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料、制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料及其制备方法，三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料以碳海绵作为多孔基体，磁性Fe3O4负载在所述碳海绵的骨架结构表面，所述碳海绵为氮掺杂的三维桥连结构，其制备方法为：将海绵在磁性Fe3O4纳米颗粒水溶液中浸泡一定时间，烘干后煅烧使海绵碳化得到所述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，所述海绵为含有氮源的商用海绵。制备方法简单高效，得到的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料同时具有稳定光热转换能力以及高效光催化效率。高效光催化效率。高效光催化效率。

【技术实现步骤摘要】
三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料、制备方法


[0001]本专利技术涉及海水淡化材料
，具体涉及一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着环境污染加剧和人口飞速增长，淡水资源短缺已经成为人类面临的一大难题。有许多地区不仅保证不了人类饮用水、生活用水的质量问题,更有甚者连世界人均用水最低标准都无法达到。而且就全球水资源分布而言,不同地区所占有的水资源非常不平均,极少数的国家拥有大量的淡水资源,而一些地区却严重缺水。
[0003]地球上的水资源有97％都是海水,为了增加人类可用淡水的总量,海水淡化成为一种可行的方法。目前采用的海水淡化技术主要为正反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏、电渗析等,这些淡化技术在数十年来得到深度发展，并在淡化的清洁水供应上得到广泛应用。但是,上述的海水淡化技术仍存在能耗高、效率低等局限性,难以满足绿色高效的应用需求。因此，发展绿色可持续的太阳能驱动海水淡化技术受到人们广泛关注。
[0004]目前用于太阳能驱动海水淡化的复合水凝胶材料,通常需在制备过程中将光热材料分散于水凝胶单体溶液中,再经循环冻融或热引发自由基聚合等方式成型,制备工艺流程较为繁琐且耗时耗能。除此之外,由于现今使用的光吸收剂(碳基、石墨烯、半导体/金属/高分子纳米颗粒等)与凝胶基质之间的界面相互作用较弱，在面对严苛的环境(潮汐、风浪、高盐)时，会导致水凝胶的光热性能稳定性下降。此外，在利用太阳能驱动海水淡化过程中更会导致水体中局部污染浓度上升。水环境的污染也加剧水资源的紧缺。降解水中污染也必然是缓解水资源紧缺的有效手段。

技术实现思路

[0005]为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料及其制备方法，具有高效的光热转换性能。高效利用太阳能淡化海水的同时利用催化降解水中有机污染。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，以碳海绵作为多孔基体，磁性Fe3O4负载在所述碳海绵的骨架结构表面，所述碳海绵为氮掺杂的三维桥连结构。
[0008]第二方面，本专利技术提供了上述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，包括如下步骤：将海绵在磁性Fe3O4纳米颗粒水溶液中浸泡一定时间，烘干后煅烧使海绵碳化得到所述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，所述海绵为含有氮源的商用海绵。
[0009]进一步，所述海绵为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵。
[0010]进一步，所述海绵先用水和乙醇清洗，然后烘干使用。
[0011]进一步，所述磁性Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.016～0.034M。
[0012]进一步，海绵浸泡的时间为0.5～2h。
[0013]进一步，煅烧的温度为400～800℃，时间为0.5～2h。
[0014]进一步，磁性Fe3O4纳米颗粒通过水热法制备得到。
[0015]进一步，所述水热法的具体步骤为：将六水合氯化铁加入到含尿素和柠檬酸钠的水溶液中，搅拌均匀，加入聚丙烯酰胺搅拌均匀后转移至高压反应釜中，160～200℃反应12～24h，反应产物洗涤、离心得到所述磁性Fe3O4纳米颗粒。
[0016]进一步，六水合氯化铁的浓度为0.05～0.1M，六水合氯化铁、尿素和柠檬酸钠的摩尔比为1：3：2，每80mL水中聚丙烯酰胺的添加量为0.4～0.6g。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术在海绵上负载磁性Fe3O4然后在高温下碳化得到三维N掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4的复合材料，商用海绵经过简单的碳化后完美保持原有的三维网络结构，提供水通道，而碳海绵自身具有的优异光热转换效果可以高效利用太阳能驱动海水淡化，解决了其它复合水凝胶材料中凝胶基质与光吸收剂之间相互作用较弱的问题，具有长期稳定，碳海绵上含有丰富的N与Fe进行掺杂使其具有高效催化降解海水或废水中有机污染的能力，得到的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料同时具有稳定光热转换能力以及高效光催化效率，制备工艺简单且造价低廉，具有突出的光蒸发速率和稳定性,在标准太阳光照射下,高效海水淡化碳海绵材料的光热转换效率高达93.21％，在氙灯照射下，40min内对有机染料催化降解效果达到96％以上。
附图说明
[0019]图1为本专利技术电镜扫描图，其中图1A为对比例1中三聚氰胺海绵的扫描电镜图，图1B为对比例3中制备的三聚氰胺海绵碳化后制备的碳海绵的扫描电镜图，图1C为实施例1中制备的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的扫描电镜图；
[0020]图2为本专利技术不同实施例及对比例的水蒸发速率，其中图2A分别为纯水、对比例1、对比例3和实施例1制备材料的在1Kw/m2的光功率密度下水蒸发速率，图2B为实施例1中材料在不同光功率密度下的蒸发速率；
[0021]图3为本专利技术不同实施例及对比例制备的材料催化有机物降解的结果，其中图3A分别为对比例2、对比例3、对比例4和实施例1制备材料在1Kw/m2的光功率密度下的降解催化效率，图3B为动力学拟合图；
[0022]图4为本专利技术对比例2中的纯亚甲基蓝溶液、实施例1中制备的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料在通入循环水降温和不通入循环水条件下40min的催化降解效率；
[0023]图5为本专利技术对比例1的三聚氰胺海绵、对比例3的碳海绵和实施例1的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料在300
‑
2500nm波长范围内的光吸收性能。
具体实施方式
[0024]以下结合附图及具体实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0025]本专利技术设计了一种同时具有稳定光热转换能力以及高效光催化效率的多功能复
合材料，海绵上负载Fe3O4在高温下碳化得到一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，碳海绵完美保持原有的三维网络结构，具有优异的光热转换效果可以高效利用太阳能驱动海水淡化，其上负载的磁性Fe3O4高效催化降解海水中的有机污染物。
[0026]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0027]第一方面，本专利技术提供了一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，以碳海绵作为多孔基体，磁性Fe3O4负载在所述碳海绵的骨架结构表面，所述碳海绵为氮掺杂的三维桥连结构。
[0028]第二方面，本专利技术提供了上述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，包括如下步骤：将海绵在磁性Fe3O4纳米颗粒水溶液中浸泡一定时间，烘干后煅烧使海绵碳化得到所述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，所述海绵为含有氮源的商用海绵。
[0029]优选的，所述海绵为聚氨酯海绵、聚醚海绵或三聚氰胺海绵等。
[0030]优选的，使用前，先将上用海绵切割成合适大小，先后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，其特征在于，以碳海绵作为多孔基体，磁性Fe3O4负载在所述碳海绵的骨架结构表面，所述碳海绵为氮掺杂的三维桥连结构。2.三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将海绵在磁性Fe3O4纳米颗粒水溶液中浸泡一定时间，烘干后煅烧使海绵碳化得到所述三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料，所述海绵为含有氮源的商用海绵。3.根据权利要求2所述的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述海绵为聚氨酯海绵、聚醚海绵或三聚氰胺海绵。4.根据权利要求2所述的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述海绵用水和乙醇清洗、烘干后使用。5.根据权利要求2所述的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述磁性Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.016～0.034M。6.根据权利要求2所述的三维氮掺杂碳海绵支撑磁性Fe3O4复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉婷，董诗德，严春杰，张家鑫，黄珍，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：