申请日2011.10.24
公开(公告)日2012.05.02
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; C02F103/30; B82Y40/00; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，先配制含糖的水溶液，即在每L的水溶液中加入糖类化合物12.5～312.5g、胺类化合物7～100g、聚乙烯吡咯烷酮2～48g、亚碲酸钠1.0-6.6g;将已放入所配制的糖类化合物水溶液的反应容器密封，将此反应容器加温至120～140℃，反应10～24小时，经自然冷却，离心分离得到产物，产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，干燥后，得到碳纳米纤维，其为所述用于处理染料废水的新型碳材料。本发明采用易得的糖类碳水化合物作为原料，且反应控制在较低的温度(120-140℃)进行，就实现了碳水化合物的碳化，操作简易，工艺要求简单，适合产业化生产。
权利要求书
1.一种用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于：先配制含糖的水溶液，配制含糖的水溶液的方法是：在每L的水溶液中加入糖类化合物12.5～312.5g、胺类化合物7～100g、聚乙烯吡咯烷酮2～48g、亚碲酸钠 1.0-6.6g;将已放入所配制的糖类化合物水溶液的反应容器密封，将密封的反应容器加温至120～140℃，反应10～24小时，经自然冷却，离心分离得到产物，产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，干燥后，得到碳纳米纤维，其为所述用于处理染料废水的新型碳材料。
2.如权利要求1所述的用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于所述的糖类化合物为淀粉、葡萄糖、?-环糊精、果糖、麦芽糖和蔗糖中的一种以上。
3.如权利要求1所述的用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于所述的胺类化合物采用六次甲基四胺或氧化三甲胺。
4.如权利要求1所述的用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于所述用于处理染料废水的新型碳材料对于染料化合物水溶液具有较好的吸附效果，染料化合物的水溶液是用染料化合物配制，其浓度为0.5～10mg/L。
5.如权利要求4所述的用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于所述的染料化合物采用罗丹明、甲基蓝或甲基橙。
6.如权利要求1所述的用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，其特征在于所述碳纳米纤维的直径为10nm～100nm。
说明书
用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是一种低温制备碳功能纳米材料的方法。
背景技术
随着染料与印染工业的发展，其生产废水已成为当前最重要的水体污染源之一。这类废水具有颜色深，化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)值较高，组成复杂多变，排放量大，分布面广，难降解等特点。若不经处理，直接排放将给生态环境带来严重危害。染料废水处理主要有化学法、生化法及物理化学法。活性炭是多孔性物质，且具有很大的比表面积，是目前最有效的吸附剂之一，但是由于活性炭再生比较难、成本较高是限制活性炭吸附法的一大原因。因此发展新型的功能碳吸附剂材料是当前材料领域的研究热点，具有很高的应用价值与发展前景。
德国《应用化学》(Angewandte Chemie International Edition，2004年，第43卷，第597-601页)报道了用葡萄糖分子在160-200℃的水热条件下发生炭化制备了胶体碳球，这种碳材料的直径一般达到几个微米，作为吸附剂材料来说表面积太小。
美国《材料化学》(Chemistry of Materials，2006年，第18卷，第2102-2108页)报道了用几个纳米的碲纳米线诱导葡萄糖碳化获得了尺寸均匀的碳纳米纤维，碳纤维的直径从几十个纳米到几百个纳米，可以通过反应的时间来控制，这种制备方法繁琐，需要先合成几个纳米的半导体碲纳米线作为模板。
中国发明专利(授权公告号：ZL100509619)一种制备纳米碳纤维的方法，采用水合肼和高分子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，在160-200℃水热合成半导体碲的纳米线;然后采用该半导体碲的纳米线作为模板，采用糖类碳水化合物，在160-220℃温度反应4-20小时，合成碳包覆碲的纳米电缆，作为制备碳纳米纤维的中间产物;再氧化除去半导体碲纳米电缆的碲芯，获得碳纳米纤维。
《先进材料》(Advanced Materials， 2010年，第22卷，第4691-4695页)报道了用水热碳化制备的含碳纳米纤维材料制成薄膜，可以有效的去除废水中的染料分子与重金属离子。
综上，现有的用碳水化合物制备含碳的功能纳米材料的方法，反应的温度需要在160℃以上的水热条件下进行，反应的温度较高，反应体系自生成的压力较大，存在着工艺复杂，对操作要求高的不足之处，不利于工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于处理染料废水的新型碳材料的低温制备方法，以克服现有技术存在的问题。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：先配制含糖的水溶液，配制含糖的水溶液的方法是：在每L的水溶液中加入糖类化合物12.5～312.5g、胺类化合物7～100g、聚乙烯吡咯烷酮2～48g、亚碲酸钠 1.0-6.6g;将已放入所配制的糖类化合物水溶液的反应容器密封，将密封的反应容器加温至120～140℃，反应10～24小时，经自然冷却，离心分离得到产物，产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，干燥后，得到得到所述用于处理染料废水的新型碳材料。
所述的糖类化合物可以为淀粉、葡萄糖、?-环糊精、果糖、麦芽糖和蔗糖中的一种以上。
所述的胺类化合物可以采用六次甲基四胺或氧化三甲胺。
所述用于处理染料废水的新型碳材料对于染料化合物水溶液具有较好的吸附效果，染料化合物的水溶液是用染料化合物配制，其浓度为0.5～10mg/L。
所述的染料化合物可以采用罗丹明、甲基蓝或甲基橙。
所述碳纳米纤维的直径为10nm～100nm。
本发明提供的上述方法得到的新型碳材料是一维含碳核壳结构功能纳米材料，其中核是Te半导体纳米线，壳层是由碳功能材料组成的。本发明制备获得的新型碳材料是在较低的反应温度下得到的，该新型碳材料对于染料废水中染料分子具有较强的吸附能力。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：
1. 由于采用了糖类碳水化合物作为碳源，六次甲基四胺和亚碲酸钠等作为反应原料，实现了一步法大量制备碳功能纳米纤维，同时避免了形成碳微米球。
2. 由于采用了易得的糖类碳水化合物作为原料，且反应控制在较低的温度(120-140℃)就实现了碳水化合物的碳化，操作简易，工艺要求简单，适合产业化生产。
3. 所制备的新型碳材料，其对于染料废水中染料分子具有较强的吸附能力。例如，经过对罗丹明染料废水进行吸附实验，由给出的罗丹明紫外-可见吸收光谱显示，样品具有非常好的吸附性能，能快速除去90%左右的罗丹明染料分子。
