一种以虾壳为碳源的n掺杂多级孔碳材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种W邮壳为碳源的N渗杂多级孔碳材料的制备方法，属于环境功能 材料制备领域。
【背景技术】
[0002] 抗生素在人类医用药物使用量中居第S位，占处方药总量的6%W上，在畜牧业和 水产养殖业的药用量中更占有重要地位；横胺二甲基喀晚和氯霉素均具有抑菌的作用，是 一种用于预防和治疗细菌感染性疾病的抗生素，因此被广泛用于人类和动物的疾病预防和 治疗，但是，大部分的抗生素不能完全被机体吸收，而有高达85%W上的抗生素会W原型或 是代谢物形式经由病人和畜兽粪尿排入环境，经不同途径对±壤和水体造成污染；抗生素 在环境中分布、迁移和稳定性存在对环境生态系统包括细菌、水生生物、±壤生物和植物产 生危害，并危害人类的健康；国内外学者研究已经证实了 ±壤和水环境中存在氯霉素和横 胺类抗生素的残留，因此，建立和发展有效经济的处理方法来去除水环境中的氯霉素和横 胺类抗生素的残留已迫在眉睫。
[0003] 吸附分离方法是最常用的方法，其吸附量大、吸附速度快、设备简单、操作方便等， 生物质炭是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化 难溶性固态物质，主要为高度稳定的炭质有机物，具有大量微小孔隙及高比表面积，再经过 氨氧化钟活化后，形成N渗杂多级孔碳材料，其比表面积大、孔隙率发达、吸附能力强，近年 来，已被广泛关注并应用于水环境中污染物的去除。
[0004] 传统的N渗杂多级孔碳材料的制备，如模板法可W制备出具有高比表面积、结构 有序、孔体积较大及孔尺寸分布较均匀的N渗杂多孔碳材料，但制备过程繁琐周期长，成本 高很难实现工业应用，而化学气相沉积法制备的N渗杂碳材料，制备条件过程苛刻，较难实 现大规模生产，通过氨气处理碳材料来制备N渗杂多级孔碳材料的过程中使用了有毒的氨 气，而且需要高溫操作；采用经济、绿色环保的生物体残骸经过般烧活化制备N渗杂的多级 孔碳材料，其制备过程无需通过模板法制备孔隙，因此避免了使用硬模板法的繁琐，操作过 程简单，成本低廉，其制备过程没有有害物质的使用，因此避免了有害物质的使用，绿色环 保。相比于传统的N渗杂碳材料的制备过程能耗大、化学腐蚀强及步骤繁琐，本方法具有绿 色、环保、溫和、廉价及快捷的优点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种W邮壳为碳源的N渗杂多级孔碳材料的制备方法，用该 方法制备的N渗杂多级孔碳材料主要用于对水环境中横胺二甲基喀晚和氯霉素快速、高效 分离。
[0006] 本发明设及一种W邮壳为碳源的N渗杂多级孔碳材料的制备方法，属于环境功能 材料领域。
[0007] 本发明W无毒、廉价的邮壳为碳源，在氮气的保护作用下，经高溫般烧，用稀盐酸 处理，再用乙醇和蒸馈水的混合溶液反复清洗，烘干至恒重，得到N渗杂的多级孔生物质炭 材料，再与氨氧化钟W不同比例混合，在氮气的保护作用下，在70(TC-85(rC条件下般烧，再 经过热的蒸馈水处理，再经过稀盐酸处理，除去反应过程中产生的碳酸钟等杂质，再经过蒸 馈水反复冲洗，过滤烘干至恒重，得到N渗杂的多级孔碳材料。
[0008] 通过TEM、SEM、X畑、BET和FT-IR等现代分析测试仪器表征，掲示W邮壳为碳源的 N渗杂多级孔碳材料的物理化学特性，利用静态吸附实验研究W邮壳为碳源的N渗杂多级 孔碳材料对水环境中横胺二甲基喀晚和氯霉素的吸附等溫线、动力学W及再生性能。
[0009] 本发明采用的技术方案是： 一种W邮壳为碳源的N渗杂多级孔碳材料的制备方法，按照下述步骤进行： 将邮壳放入瓷舟内，置于管式炉中，在氮气的保护作用下，W 5T/min的升溫速度从室 溫升到40(TC并在该溫度下般烧两个小时，反映结束后，自然冷却到室溫；产物加入2mol/ L的稀盐酸反应，至全部反应结束后，用乙醇和蒸馈水进行反复清至中性并洗除去杂质和 沙粒，置于烘箱内烘干至恒重，得到N渗杂多级孔生物质碳材料表示为C-400 ;将制备的N 渗杂生物质炭材料与氨氧化钟W质量比为1:1-1:3分别加入到研鉢中研磨均匀，倒入儀锅 中，盖上捏锅盖，放入管式炉中，分别W 5°C/min从室溫升至700°C-85(rC并保溫一个小时， 般烧产物先用热的蒸馈水清洗，再加入2mol/L的稀盐酸反应至中性，再用蒸馈水反复清 洗，烘干至恒重，得到不同批次的含氮量不同、孔隙结构不同的N渗杂多级孔碳材料。
[0010] 本发明的技术优点：W邮壳做为碳源，无毒、无污染、绿色环保、廉价、可再生；般 烧产物的后处理简单易操作；通过添加不同比例的氨氧化钟得到含氮量不同，孔隙率分布 不同的N渗杂多级孔碳材料，通过对水环境中横胺二甲基喀晚和氯霉素的吸附测试选出最 佳配比，能够高效、快速、大量的去除水中横胺二甲基喀晚和氯霉素的残留。
[0011] 说明书附图 图1 C-400 (曰，b)和N-HPC-850-2 (C，d)的扫描电镜图，从图1中可知：N-HPC-850-2的孔隙尺寸分布范围较大，其中微孔、介孔和大孔并存，有较大的孔隙结构，粒 径较小，C-400的粒子分布凌乱，有几处不规则的孔隙结构，表面结构比较光滑，团聚现象严 重，由此推断用氨氧化钟活化对碳材料的形貌特征产生较大影响。
[001引图2 C-400 (a)和NHPC-850-2化）的透射电镜图；从图a中可W看出C-400的 表面比较光滑没有明显的孔隙结构，从b中可W看出N-HPC-850-2的薄碳表面结构上有较 多的微孔结构，由此可W看出K册活化后碳材料的形貌特征发生了较大的变化，孔隙率明 显增多了。
[0013] 图3 C-400和N-HPC-850-2的红外光谱图；从图3中可知：3500 cm 1是O-H的伸 缩振动峰，1740-1600 cm 1是C=O的伸缩振动峰，1260-1050 cm 1是C-O伸缩振动峰，说明经 过氨氧化钟活化之后，很多官能团都消失。
[0014]图 4N-HPC-700-2,N-HPC-850-1 和N-HPC-850-2 的成吸附-脱附图（a)及其孔 径分布图（b);从图a中可W看出，根据IUPAC分类，N-HPC-700-2和N-HPC-850-1属于I型 吸附脱附曲线，而N-HPC-850-2属于I与IV型结合的吸附脱附曲线，表明N-HPC-850-2中 存在着典型的微孔和介孔结构；从图b中可W看出N-HPC-850-2的孔径主要分布在2.0到 4.0纳米之间。
[0015] 表1表明N-HPC-700-2，N-HPC-850-1和N-HPC-850-2孔隙结构的具体分布状况， 从表I中可W看出N-HPC-700-2，N-HPC-850-1和N-HPC-850-2的总比表面积分别为1943m2/g，2580m2/g和 3171m2/g;总孔隙率分别为 1. 021cm3/g，1. 227cm3/g和 1. 934cm3/ g，说明N-HPC-850-2具有多级孔结构且具有更高的比表面积和孔隙率。 图5溶液抑值对N-HPC-850-2吸附横胺二甲基喀晚和氯霉素的影响。从图5中可W看出：当抑值为6.0时，对横胺二甲基喀晚吸附量达到最大值，因此，在吸附水中横胺二甲 基喀晚的时候溶液的最佳抑值为6. 0 ;抑值对氯霉素吸附量影响并不显著，因此，在吸附 水中氯霉素的时候溶液并不受抑值的影响。
[0016] 图6N-HPC-850-2对横胺二甲基喀晚（a)和氯霉素（b)的吸附等溫线拟合曲线 图；从图4中可知：25T，N-HPC-850-2对横胺二甲基喀晚和氯霉素的最大吸附容量分别为 643. 5mggi和676. 1mggi;35°C，N-HPC-850-2对横胺二甲基喀晚和氯霉素的最大吸附容 量分别为672.0mggl和714.8mggl;45°C，N-HPC-850-2对横胺二甲基喀晚和氯霉素的最 大吸附容量分别为699. 3mggi和742. 4mgg1，运说明在45乂显示出良好的吸附效果，同 时对两种物质的吸附试验数据很好地符合Langmuir等溫模型。
[0017] 图7N-HPC-850-2对横胺二甲基喀晚的动力学拟合曲线；从图7中可W看 出：吸附