一种叶腊石-碳复合吸附材料及其液相制备方法与流程

(一)技术领域

本发明涉及一种叶腊石-碳复合吸附材料及其液相制备方法。

(二)

背景技术：

叶蜡石的化学组成为al2[si4o10](oh)2，为硅酸盐矿物。al可以被少量的fe²⁺、fe³⁺、mg²⁺代替。颜色一般为白色，微带浅黄或淡绿色，条痕白色；玻璃光泽，有珍珠状晕彩，其密度为2.65～2.90g/cm³；硬度小(1～2)；透明到半透明，新鲜面上呈珍珠光泽。叶腊石触摸时有油脂感。加热成片剥落，且不溶于大多数酸。化学性能稳定，一般与强酸强碱不反应，只有在高温下才能被硫酸分解；叶蜡石具有较好的耐热性和绝缘性，是一种密封传压的介质材料。

叶蜡石是天然硅酸盐矿物，量大易得、化学性能稳定，对水中污染物有一定的吸附性能，在水污染净化领域具有良好的应用前景。将有机或无机材料包覆在选定的基底表面，得到的复合材料比表面积大，在包覆的过程中，还可以对包覆层进行致孔，赋予材料更多的功能性，提高基底吸附的性能。

(三)

技术实现要素：

本发明目的是提供一种经济、简易工艺制备吸附性能强和分散性能好的叶蜡石-碳复合吸附材料及其液相制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种叶腊石-碳复合吸附材料，所述叶腊石-碳复合吸附材料由如下方法制备获得：

(1)将叶腊石粉搅拌分散至乙醇水溶液中，随后加入碳源、增稠剂和生物炭致孔剂，混合均匀并超声处理10～30min，所述叶腊石粉、乙醇水溶液、碳源、增稠剂和生物炭致孔剂的质量用量之比为1:10～30:1～4:0.01～0.1:0.1～0.5；

(2)将步骤(1)所得混合物置于进风温度80～200℃的喷雾干燥机中，进行喷雾干燥得到含碳叶腊石粉体；

(3)将步骤(2)所得含碳叶腊石粉体置于管式炉中，在惰性气体的气氛下于500～800℃下煅烧2～4h，冷却，得到所述叶腊石-碳复合材料。

本发明还涉及一种叶腊石-碳复合吸附材料的液相制备方法，所述方法包括：

(1)将叶腊石粉搅拌分散至乙醇水溶液中，随后加入碳源、增稠剂和生物炭致孔剂，混合均匀并超声处理10～30min，所述叶腊石粉、乙醇水溶液、碳源、增稠剂和生物炭致孔剂的质量用量之比为1:10～30:1～4:0.01～0.1:0.1～0.5；

(2)将步骤(1)所得混合物置于进风温度80～200℃的喷雾干燥机中，进行喷雾干燥得到含碳叶腊石粉体；

(3)将步骤(2)所得含碳叶腊石粉体置于管式炉中，在惰性气体的气氛下于500～800℃下煅烧2～4h，冷却，得到所述叶腊石-碳复合材料。

优选的，步骤(1)中所述叶腊石粉粒度为800～1600目，叶蜡石粉中主要矿物为叶蜡石和石英，其中叶蜡石矿物组分占比大于60％(w/w)。

步骤(1)中乙醇水溶液体积浓度为10～90％。

步骤(1)中所述碳源为下列之一或其中两种以上的混合物：蔗糖、酚醛树脂、柠檬酸。

步骤(1)中所述增稠剂为壳聚糖和/或羧甲基纤维素钠。

步骤(1)中所述生物炭致孔剂为下列之一或其中两种以上的混合物：天然竹纤维、天然酵母粉、纤维素粉、可溶性淀粉。

步骤(3)中惰性气体为n2或ar气体。

本发明的有益效果主要体现在：本发明选用天然具有吸附性能的叶蜡石做基底，并采用环保碳源和致孔剂，通过喷雾干燥方法可以制得分散性好、高吸附性能的叶蜡石/碳复合吸附材料，且所用原料和制备方法简单易得、经济环保、收率高。

(四)附图说明

图1为本发明实施例1制备的具有强吸附性叶蜡石/碳复合吸附材料的sem图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

(1)将称取5g叶蜡石粉(1000目，主要矿物为叶蜡石和石英，其中叶蜡石矿物组分占比约为60％，来自浙江青田皓翔矿业有限公司)搅拌分散加入到100ml50％(v/v)乙醇水溶液中，随后加入碳源(柠檬酸10g)、增稠剂(壳聚糖0.05g)和生物炭致孔剂(可溶性淀粉(cas号:9005-84-9)4g)，电动搅拌使其混合均匀，并超声处理30min；

碳源、增稠剂和生物炭致孔剂来自市售。

(2)将步骤(1)中混合后得到的试样置于进风温度120℃的喷雾干燥机中，进行喷雾干燥处理得到干燥后的含碳叶蜡石粉体；

(3)将步骤(2)得到的含碳叶蜡石粉体置于管式炉中，在n2气氛下以升温速率10℃·min^-1升温至650℃、煅烧2h，再自然冷却得到叶蜡石-碳复合吸附材料，其sem图参见图1。

由图1可见，本发明制得的叶蜡石/碳复合吸附材料中，片状叶腊石表面附有无定型碳，叶腊石和碳形成良好界面接触的复合材料。

实施例2：

(1)将称取10g叶蜡石粉(800目，主要矿物为叶蜡石和石英，其中叶蜡石占比约为63％，来自浙江青田县)搅拌分散加入到100ml75％(v/v)乙醇水溶液中，随后加入碳源(蔗糖2g、柠檬酸10g)、增稠剂(壳聚糖0.02g、羧甲基纤维素钠0.08g)和生物炭致孔剂(天然竹纤维4g、可溶性淀粉(cas号:9005-84-9)1g)，电动搅拌使其混合均匀，并超声处理10min；碳源、增稠剂和生物炭致孔剂来自市售。

(2)将步骤(1)中混合后得到的试样置于进风温度80℃的喷雾干燥机中，进行喷雾干燥处理得到干燥后的含碳叶蜡石粉体；

(3)将步骤(2)得到的含碳叶蜡石粉体置于管式炉中，在n2气氛下以升温速率10℃·min^-1升温至500℃、煅烧4h，再自然冷却得到黑色粉状叶蜡石-碳复合吸附材料。

实施例3：

(1)将称取20g叶蜡石粉(1600目，主要矿物为叶蜡石和石英，其中叶蜡石占比约为65％，来自浙江青田县)搅拌分散加入到600ml90％(v/v)乙醇水溶液中，随后加入碳源(蔗糖10g、酚醛树脂(cas号9003-35-4)5g、柠檬酸65g)、增稠剂(壳聚糖0.3g、羧甲基纤维素钠1.7g)和生物炭致孔剂(天然酵母粉3g、纤维素粉(cas号:9004-34-6)3g和可溶性淀粉(cas号:9005-84-9)4g)，电动搅拌使其混合均匀，并超声处理30min；碳源、增稠剂和生物炭致孔剂来自市售。

(2)将步骤(1)中混合后得到的试样置于进风温度150℃的喷雾干燥机中，进行喷雾干燥处理得到干燥后的含碳叶蜡石粉体；

(3)将步骤(2)得到的含碳叶蜡石粉体置于管式炉中，在ar气氛下以升温速率10℃·min^-1升温至800℃、煅烧3h，再自然冷却得到黑色粉状叶蜡石-碳复合吸附材料。

性能测试实验：

取实施例1～3样品对亚甲基蓝(mb)溶液进行吸附，吸附实验方法为：称取0.5g叶蜡石-碳复合吸附材料置于250ml浓度为20mg/l的mb溶液中进行1h，通过分光光度计测试吸附前后mb溶液在波长664nm处的吸光度计算吸附率；吸附后通过自然沉降0.5h回收复合材料，烘干后测试回收样品重量，通过吸附前后质量比计算沉降回收率。

采用200目泰勒筛筛分叶蜡石-碳复合吸附材料，称量筛下物，计算分散率。

具体计算公式如下：

收率(％)＝[m(碳-叶蜡石复合材料)/(m(叶蜡石原料)]*100％

吸附率(％)＝[1-m(吸附后溶液中mb)/m(吸附前溶液中mb)]*100％

沉降回收率(％)＝[1-m(沉降后碳-叶蜡石复合材料)/m(吸附前碳-叶蜡石复合材料)]*100％

分散率(％)＝[m(200目筛下物)/m(筛分前碳-叶蜡石复合材料)]*100％

以实施例3使用的叶蜡石粉作对比例，同等条件下进行对比实验。

实施例效果：

由上表可见，本发明制得叶蜡石-碳复合吸附材料的收率较高，大于150％；相对比与对比例(纯叶腊石)，叶蜡石-碳复合吸附材料的吸附率大幅提升，说明其吸附性能明显优于纯叶腊石，而且其沉积回收率和分散性也较好，可以通过沉降回收再用。