一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法
【专利摘要】本发明公开了一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法，属于化学【技术领域】，该方法包括以下步骤：步骤一：碳纳米管制备；步骤二：碳纳米管的纯化；步骤三：碳纳米管分散液的制备；骤四：碳纳米管/水性聚氨酯泡沫体吸附剂的制备。本发明降低了碳纳米管的生产成本，解决了碳纳米管易团聚和不易回收、循环利用的问题，减少了碳纳米管对环境和健康的危害，提供了更广泛的使用碳纳米管的条件。
【专利说明】一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沬吸附剂合成法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学【技术领域】，涉及一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法。
【背景技术】
[0002]目前，常用的吸附剂有活性炭、活性煤、分子筛、硅胶、吸附树脂等，但是这些吸附剂普遍存在着机械强度低、对于痕量污染物吸附效果差和吸附剂造价高等缺点。而作为新型吸附材料，碳纳米管的比表面积不亚于活性炭，而且具有高模量和高强度，能够维持较好的形貌和吸附性能。另外，碳纳米管在结构上与活性炭等其它吸附剂有着本质不同，它是基于原子尺度上的新型吸附剂，能够直接提供吸附位点，容易与污染物分子发生反应，从而大大的增强了吸附性能。
[0003]碳纳米管的制备方法主要包括:电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法。以上三种制备技术所采用的碳源多为一些不可更新的矿物资源或气态含碳物质，这也在一定程度上限制了碳纳米管的批量生产和应用。能否找寻一种或一类可再生的资源作为碳源，降低生产成本，是对发展未来新型碳质吸附材料的挑战。
[0004]本发明以柳树落叶为碳源，通过在空气辅助下的多次热解过程，成功地制备了碳纳米管。制备此类吸附剂的出发点是以廉价易得的自然环境材料作为碳源，直接利用了其本身具有的细胞壁结构，简化了复杂的制备工艺过程，降低了生产成本，并将其应用于水中有机污染物的处理，为生物质的循环利用提供了一个全新的思路。
[0005]但是，高温下制备的碳纳米管多呈现出团聚状态，相互缠绕交叠，减少了其吸附位点，这不利于吸附性能的充分发挥；碳纳米管直接应用于水体中有机污染物的吸附，存在着分离和回收困难，不利于吸附剂的循环使用；另外，若将吸附了有机污染物的碳纳米管直接排放到水体环境中，会造成潜在的环境风险。
[0006]本发明将分散好的碳纳米管负载在合适的载体(水性聚氨酯)上，利用柳树落叶合成碳纳米管，进而和水性聚氨酯合成聚氨酯碳纳米管(碳纳米管/PU)泡沫吸附剂，既可以预防碳纳米管的团聚，发挥碳纳米管高吸附性能的特长，又便于碳纳米管的回收和循环利用，有效地防止碳纳米管进入水体环境中，大大降低了环境风险。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法。其技术方案为:
[0008]一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法，包括以下步骤:
[0009]步骤一:碳纳米管制备
[0010]将柳树落叶洗净、风干、破碎，置于坩埚中，于250°C高温煅烧24 h后冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。将干燥好的粉末放在马弗炉中于500°C下反复煅烧，每次10 min。将燃烧后的柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。碳纳米管制备完成。
[0011]步骤二:碳纳米管的纯化
[0012]取0.5g碳管，加入浓硫酸和浓硝酸，冷凝回流I小时，之后反复洗涤至中性，烘干，得到纯化后的碳纳米管；
[0013]步骤三:碳纳米管分散液的制备
[0014]取纯化后的碳纳米管，加入去离子水，和十二烷基苯磺酸钠，使十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.5%，超声3h，制得碳纳米管分散液。
[0015]步骤四:碳纳米管/水性聚氨酯泡沫体的制备
[0016]向水性聚氨酯中加入碳纳米管分散液，同时加入缓凝剂柠檬酸，快速搅拌至成为固体，制成碳纳米管泡沫体。将此泡沫体放入冰箱冷冻30 h，切成大小均匀的小块，用去离子水洗，再放干燥箱，60°C下干燥24 h，即可作为吸附剂使用。
[0017]优选地，步骤一:碳纳米管制备
[0018]将柳树落叶洗净、风干、破碎。取5 g破碎后的柳树叶置于坩埚中，在马弗炉中于250°C高温煅烧24 h。将柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。将干燥好的粉末放在马弗炉中于500°C下煅烧10 min，取出冷却到室温后再次放入煅烧10 min,重复10次。将燃烧后的柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。碳纳米管制备完成。
[0019]步骤二:碳纳米管的纯化
[0020]取0.5g碳管，加入45ml浓硫酸和15ml浓硝酸，冷凝回流I小时，之后反复洗涤至中性，烘干，得到纯化后的碳纳米管；
[0021]步骤三:碳纳米管分散液的制备
[0022]取0.005g纯化后的碳纳米管,加入50ml去离子水,和十二烧基苯磺酸钠,使十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.5%，超声3h，制得碳纳米管分散液。
[0023]步骤四:碳纳米管/水性聚氨酯泡沫体的制备
[0024]向水性聚氨酯中加入碳纳米管分散液(分散液:聚氨酯为1: 0.5 m/m)，同时加入缓凝剂柠檬酸(缓凝剂:聚氨酯为1: 100 m/m)，快速搅拌至成为固体，制成碳纳米管泡沫体。将此泡沫体放入冰箱冷冻30 h，切成大小均匀的小块，用去离子水洗，再放干燥箱，60°C下干燥24 h，即可作为吸附剂使用。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0026]以柳树落叶为碳源，通过在空气辅助下的多次热解过程，成功地制备了碳纳米管，进而和水性聚氨酯合成聚氨酯碳纳米管(碳纳米管/PU)泡沫吸附剂。本发明不仅可以克服碳纳米管的缺点，如成本过高、易团聚、再循环和再利用困难，还可以减少由于碳纳米管对环境和健康的危害，这提供了更广泛的使用碳纳米管的条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为碳纳米管的实验图，其中，图1 (a)和图1 (b)是利用柳树落叶合成的碳纳米管的SEM和T E M图；图1 (c)和图1 (d)是利用柳树落叶合成的碳纳米管的HRTEM图和SAD图；
[0028]图2是碳纳米管泡沫体的实验图，其中图2 (a)是照片.图2 (b).为SEM图，图2 (C)为TGA图，图2(d)为500°C灼烧后的SEM图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步说明。
[0030]在本发明中，以柳树落叶为碳源，通过在空气辅助下的多次热解过程，成功地制备了碳纳米管，进而和水性聚氨酯合成聚氨酯碳纳米管(碳纳米管/PU)泡沫吸附剂。这项工作的目标是:(I)提供以植物为碳源，制备高分散性的具有优异表面物理化学性质、高吸附性能和强稳定性的碳纳米管及可循环利用的碳纳米管泡沫体的新技术；(2)提供一项基于新型环境友好吸附材料的制备技术，解决碳纳米管容易团聚、不易回收和循环利用的问题，降低纳米吸附材料所带来的环境风险，为开展大规模工程实际应用提供依据。
[0031]以下介绍碳纳米管制备:
[0032]将柳树落叶洗净、风干、破碎，置于坩埚中，于250°C高温煅烧24 h后冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。将干燥好的粉末放在马弗炉中于500°C下反复煅烧，每次10 min0将燃烧后的柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次。将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h。碳纳米管制备完成。取0.5g碳管，加入45ml浓硫酸和15ml浓硝酸，冷凝回流I小时，之后反复洗涤至中性，烘干，得到纯化后的碳纳米管。
[0033]图1 (a)和图1 (b)是利用柳树落叶合成的碳纳米管的SEM和T E M图。从图中可以看出碳管为中空结构，其外径和内径分别为75和55 nm ；HRTEM图1 (c)管壁的层间距大约为0.34 nm，对应于(002)石墨碳晶格的距离；SAD图1(d)表明碳管具有较好的晶型结构，且表面有一定的缺陷。
[0034]以下介绍碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂制备:
[0035]取0.005g纯化后的碳纳米管,加入50ml去离子水,和十二烧基苯磺酸钠,使十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.5%，超声3h，制得碳纳米管分散液。向水性聚氨酯中加入碳纳米管分散液，同时加入缓凝剂柠檬酸，快速搅拌至成为固体，制成碳纳米管泡沫体。将此泡沫体放入冰箱冷冻30 h，切成大小均匀的小块，用去离子水洗，再放干燥箱，60°C下干燥24 h，即可作为吸附剂使用。
[0036]从图2 (a)中可以看到，制得的泡沫体为块体；SEM图2 (b)可以看出泡沫体是多孔结构物质，孔隙较多且大小不一，有利于碳纳米管的吸附作用；TGA图2(c)结果表明，碳纳米管泡沫体从250°C之后开始分解，250°C _400°C快速分解，到500°C之后达到恒重，聚氨酯泡沫体分解完成。图2(d)经过500°C高温烧制后，泡沫体消失，留下碳纳米管呈小管状。这说明碳纳米管泡沫体中确实掺杂有碳纳米管。从图中也可观察到，碳纳米管的外径约为70nm,长约为300nm。
[0037]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员，在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变换或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:碳纳米管制备 将柳树落叶洗净、风干、破碎，置于坩埚中，于250°c高温煅烧24 h后冷却到室温，用乙醇和水各洗两次；将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h ;将干燥好的粉末放在马弗炉中于500°C下反复煅烧，每次10 min ;将燃烧后的柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次；将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h ;碳纳米管制备完成； 步骤二:碳纳米管的纯化 取0.5g碳管，加入浓硫酸和浓硝酸，冷凝回流I小时，之后反复洗涤至中性，烘干，得到纯化后的碳纳米管； 步骤三:碳纳米管分散液的制备 取纯化后的碳纳米管，加入去尚子水，和十_■烧基苯横酸纳，使十_■烧基苯横酸纳的浓度为0.5%，超声3h，制得碳纳米管分散液； 步骤四:碳纳米管/水性聚氨酯泡沫体的制备 向水性聚氨酯中加入碳纳米管分散液，同时加入缓凝剂柠檬酸，快速搅拌至成为固体，制成碳纳米管泡沫体；将此泡沫体放入冰箱冷冻30 h，切成大小均匀的小块，用去离子水洗，再放干燥箱，60°C下干燥24 h，即可作为吸附剂使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物质的碳纳米管水性聚氨酯泡沫吸附剂合成法，其特征在于， 步骤一:碳纳米管制备 将柳树落叶洗净、风干、破碎；取5 g破碎后的柳树叶置于坩埚中，在马弗炉中于250°C高温煅烧24 h ;将柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次；将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h;将干燥好的粉末放在马弗炉中于500°C下煅烧10 min，取出冷却到室温后再次放入煅烧10 min,重复10次；将燃烧后的柳树叶取出，待冷却到室温，用乙醇和水各洗两次；将清洗完的粉末放入干燥箱中干燥24 h ;碳纳米管制备完成； 步骤二:碳纳米管的纯化 取0.5g碳管，加入45ml浓硫酸和15ml浓硝酸，冷凝回流I小时，之后反复洗涤至中性，烘干，得到纯化后的碳纳米管； 步骤三:碳纳米管分散液的制备 取0.005g纯化后的碳纳米管，加入50ml去离子水，和十二烷基苯磺酸钠，使十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.5%，超声3h，制得碳纳米管分散液； 步骤四:碳纳米管/水性聚氨酯泡沫体的制备 向水性聚氨酯中加入碳纳米管分散液，分散液:聚氨酯为1: 0.5 m/m，同时加入缓凝剂柠檬酸，缓凝剂:聚氨酯为1: 100 m/m，快速搅拌至成为固体，制成碳纳米管泡沫体；将此泡沫体放入冰箱冷冻30 h，切成大小均匀的小块，用去离子水洗，再放干燥箱，60°C下干燥24 h，即可作为吸附剂使用。
【文档编号】B01J20/26GK104148032SQ201410381991
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】丛俏, 曲蛟, 袁星, 秦洪伟, 常春 申请人:渤海大学