【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米多孔材料领域，具体涉及一种磁性碳气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着社会发展，科技进步以及人类生活水平的日益提高，导致对染料的需求也不断增加。为了满足人们对更多色彩的追求，合成染料的相关研究越来越多，这不仅使得染料的种类迅速增加同时还拓宽了色彩的范围，致使合成染料被广泛应用于纺织、食品、化妆品等各种领域，极大地丰富了人们的物质生活，但与此同时，合成染料对人体造成的危害和对环境的污染也越来越严重。就目前而言，合成染料的品种已达数千多种，其中的偶氮染料被广泛应用于服装印染工艺和染发剂，和人们密切接触、息息相关，但这一类染料可能会严重影响接触者的健康，主要是因为偶氮染料中含有一种叫对苯二胺的化学物质，容易对人体皮肤造成伤害，可能引起过敏性反应如接触性皮炎、湿疹、鼻炎、哮喘等，特殊条件下偶氮染料又可分解产生20多种芳香胺，这种物质经过活化作用能够改变人体的dna结构，从而引起病变以及诱发癌症；所以世界各国都对染料的排放高度重视，但是在实际生产与应用中，依然有很多染料未经处理被排放到环境中，危害生态环境。
2、对染料废水有效处理是我们必须解决的问题，在众多的废水处理方法中，吸附被认为是一种经济且生态友好的途径。在吸附材料领域，通过空间维度划分又可划分为零维的多孔纳米颗粒，一维的多孔碳纳米管，二维的多孔薄膜，三维的气凝胶；三维多孔纳米材料中又以金属有机框架多孔纳米材料和高分子多孔纳米材料为主，相对于高分子基多孔纳米材料而言，金属有机框架多孔纳米材料性能更好，如力学性能、吸附性能以及化学稳定性等等，但是
技术实现思路
1、针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种吸附性能好且对染料吸附后便于收集，且能通过明火灼烧的方式恢复吸附性能的磁性碳气凝胶及其制备方法和应用。
2、为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、提供一种磁性碳气凝胶，其包括采用一水合柠檬酸将四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠进行交联后，再高温热处理所得的磁性碳气凝胶。
4、一种上述的磁性碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
5、a1：将四氧化三铁纳米颗粒通过超声分散至去离子水中得到四氧化三铁纳米溶液；
6、a2：向四氧化三铁纳米溶液中加入羧甲基纤维素钠后，常温下持续搅拌12h至羧甲基纤维素钠溶解，得到混合溶液；
7、a3：向混合溶液中加入一水合柠檬酸，常温下持续搅拌2h后倒入模具，冷冻干燥24h后得到磁性纤维素气凝胶；
8、a4：对磁性纤维素气凝胶在惰气环境下进行四段式热处理，碳化得到磁性碳气凝胶。
9、进一步的，步骤a4的四段式热处理包括如下步骤：
10、b1：将磁性纤维素气凝胶置于管式炉中，管式炉抽真空后通入惰性气体，以10℃/min的升温速率将管式炉的炉内温度从室温升至1000℃；
11、b2：将炉内温度稳定在1000℃且保温30min；
12、b3：以5℃/min的降温速率将管式炉的炉内温度从1000℃下降至300℃；
13、b4：将管式炉的炉内温度从300℃自然冷却至室温。
14、进一步的，四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠的质量比为1∶50～200，四氧化三铁纳米颗粒与一水合柠檬酸的质量比为1∶7.5～30。
15、进一步的，四氧化三铁纳米颗粒的制备方法包括如下具体步骤：
16、b1：将四水氯化亚铁通过超声分散至去离子水中得到四水氯化亚铁溶液；
17、b2：将氢氧化钠和水合联氨通过超声分散至去离子水中得到混合溶液；
18、b3：将混合溶液加入四水氯化亚铁溶液中，在密封的环境下，水浴加热至70℃持续搅拌4h；
19、b4：持续搅拌后固液分离得到沉淀物，对沉淀物洗涤后，在60℃环境下真空干燥24h，干燥后研磨即为四氧化三铁纳米颗粒。
20、进一步的，四水氯化亚铁、氢氧化钠和水合联氨的质量比为1∶1.3～2∶5～8。
21、进一步的，步骤b4中对沉淀物洗涤的具体步骤包括：使用去离子水持续冲洗沉淀物至溶液ph呈中性。
22、一种上述的磁性碳气凝胶的应用，磁性碳气凝胶用于吸附废弃染料。
23、进一步的，磁性碳气凝胶吸附废弃染料后通过磁铁对其回收。
24、进一步的，将吸附有废弃染料的磁性碳气凝胶明火灼烧，使吸附的废弃染料热分解；能够恢复磁性碳气凝胶的吸附性能，再次对废弃染料进行吸附收集。
25、本专利技术的有益效果为：
26、本专利技术提出了一种制备高效、易收集、能够重复利用的磁性碳气凝胶作为染料吸附剂的新方法。以本专利技术记载的制备方法制备的四氧化三铁纳米颗粒为磁性纳米粒子，羧甲基纤维素钠为基体，使用一水合柠檬酸作为交联剂，通过真空冷冻干燥法制备磁性纤维素气凝胶，再将其通过四段热处理后即可得到磁性碳气凝胶；制备的磁性碳气凝胶具有丰富的孔隙结构和极大的比表面积，对水中染料具有良好的吸附性能，并且具有铁磁性，能够被磁铁捕捉，便于收集。
27、磁性碳气凝胶在吸附废弃染料后，仅需要对其一同进行明火灼烧，使吸附的废弃染料热分解，即可将废弃染料从磁性碳气凝胶上剥离，且磁性碳气凝胶具有良好的热稳定性，在对废弃染料进行热分解时不会对磁性碳气凝胶的性能造成影响，从而能够实现重复利用。
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1.一种磁性碳气凝胶，其特征在于，采用一水合柠檬酸将四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠进行交联后，再高温热处理所得的磁性碳气凝胶。
2.一种根据权利要求1所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤A4的四段式热处理包括如下步骤：
4.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠的质量比为1∶50～200，所述四氧化三铁纳米颗粒与一水合柠檬酸的质量比为1∶7.5～30。
5.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒的制备方法包括如下具体步骤：
6.根据权利要求5所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述四水氯化亚铁、氢氧化钠和水合联氨的质量比为1:1.3～2:5～8。
7.根据权利要求4所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤B4中对沉淀物洗涤的具体步骤包括：使用去离子水持续冲洗沉淀物至溶液pH呈中性。
8.一种根据
9.根据权利要求8所述的磁性碳气凝胶的应用，其特征在于，所述磁性碳气凝胶吸附废弃染料后通过磁铁对其回收。
10.根据权利要求9所述的磁性碳气凝胶的应用，其特征在于，将吸附有废弃染料的磁性碳气凝胶明火灼烧，使吸附的废弃染料热分解；能够恢复磁性碳气凝胶的吸附性能，再次对废弃染料进行吸附收集。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性碳气凝胶，其特征在于，采用一水合柠檬酸将四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠进行交联后，再高温热处理所得的磁性碳气凝胶。
2.一种根据权利要求1所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤a4的四段式热处理包括如下步骤：
4.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒与羧甲基纤维素钠的质量比为1∶50～200，所述四氧化三铁纳米颗粒与一水合柠檬酸的质量比为1∶7.5～30。
5.根据权利要求2所述的磁性碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒的制备方法包括如下具体步骤：
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：王朝明，戚智勇，
申请(专利权)人：长沙大山新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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