多孔炭材料及其制备方法和应用

本发明涉及无机功能材料用于环境污染治理，具体涉及一种多孔炭材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、核能作为一种可再生、能量密度高、不产生温室气体的新能源受到社会的广泛关注。放射性核废料的产生以及核事故风险是其最明显的缺点。放射性碘是铀裂变产物之一，易在人体甲状腺中富集，并可能提高甲状腺癌的发病率。去除核废气中的放射性碘已成为核工业中核废料管理的重要环节。此外，在一些化工行业、医药领域中也存在对含碘废气、废水的处理问题。因此，探索高效的碘捕获材料对保护生态环境和人类生命健康具有重要意义。

2、玉米秸秆中含有大量有机物，是炭材料的良好前驱体。如何将秸秆进行高附加值综合利用，把这种农业废弃物转变为绿色环保的有益材料，是受到社会广泛关注的技术需求。

3、常见的碘捕获材料中，沸石类材料的吸附容量有限，气凝胶类材料的制备工艺复杂，金属有机骨架和共价有机骨架等新型材料合成过程繁琐、难以规模化生产。多孔炭作为一种长期得到广泛应用的传统吸附材料，其比表面积大、具有易于调节的孔结构、热稳定性好、原料来源广泛，在气相和液相碘捕获技术中有着巨大的开发潜力。但由于多孔炭对碘的亲和力有限，并且易受到环境因素影响而导致吸附物种脱除，限制了其在碘捕获技术中的应用。因此，设计开发具有高吸附容量、高吸附速率、性质稳定的碘捕获多孔炭材料具有重要的现实意义和实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种多孔炭材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种多孔炭材料，其中，所述多孔炭材料中掺杂有杂原子；以所述杂原子为锚定位点在多孔炭材料上负载有金属氧化物和金属单质。

3、本发明第二方面提供一种根据第一方面所述的多孔炭材料的制备方法，其中，所述方法包括：将掺杂有杂原子的多孔炭材料分散于可溶性金属盐溶液中，滴加碱液后进行搅拌、过滤和烘干，得到所述多孔炭材料。

4、本发明第三方面提供一种根据第二方面所述的方法制得的多孔炭材料。

5、本发明第四方面提供根据第一方面或第三方面所述的多孔炭材料在捕获气态碘单质中的应用。

6、本发明第五方面提供根据第一方面或第三方面所述的多孔炭材料在去除废水中碘单质及碘离子的应用。

7、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

8、(1)本发明提供的多孔炭材料比表面积大、吸附容量高、吸附速率快，可作为沸石类、气凝胶类等吸附材料用于放射性碘捕获的替代方案；

9、(2)本发明提供的多孔炭材料中具有金属氧化物(例如氧化银)和金属单质(例如银)的复合双吸附位点，广泛适用于气相及溶液中的碘捕获，可用于工业废气、核工业废水、核污染海水、生活废水处理，具有广泛的应用范围；

10、(3)本发明提供的多孔炭材料的制备方法操作简便易行，原料来源广泛，有望实现宏量制备和规模化生产并作为现有碘捕获材料的可替代材料，可拓展至银、铋、铅、铜、锡等金属掺杂炭材料体系中；

11、(4)本发明为产量大、分布广的农业废弃物(例如玉米秸秆)提供了一种高附加值综合利用策略，有工业化生产和规模化应用的潜力。

技术特征：

1.一种多孔炭材料，其特征在于，所述多孔炭材料中掺杂有杂原子；以所述杂原子为锚定位点在多孔炭材料上负载有金属氧化物和金属单质。

2.根据权利要求1所述的多孔炭材料，其中，所述杂原子选自氮、氧、硫、磷和硼中的至少一种；

3.根据权利要求1或2所述的多孔炭材料，其中，所述金属氧化物和金属单质的摩尔比为0.1-1.2:1，优选为0.8:1；

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将掺杂有杂原子的多孔炭材料分散于可溶性金属盐溶液中，滴加碱液后进行搅拌、过滤和烘干，得到所述多孔炭材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述掺杂有杂原子的多孔炭材料与可溶性金属盐溶液的固液比为0.1-1g/l；

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述掺杂有杂原子的多孔炭材料的制备方法包括：将生物质前驱体与活化剂溶液混合后进行活化处理，然后将活化后的物料与杂原子掺杂剂混合后进行加热处理，得到掺杂有杂原子的多孔炭材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述生物质前驱体选自玉米秸秆、稻秆、麦秆、大豆秸秆和甘蔗渣中的至少一种，优选为玉米秸秆；

8.一种根据权利要求4-7中任一项所述的方法制得的多孔炭材料。

9.根据权利要求1-3和8中任一项所述的多孔炭材料在捕获气态碘单质中的应用。

10.根据权利要求1-3和8中任一项所述的多孔炭材料在去除废水中碘单质和/或碘离子的应用；

技术总结
本发明涉及无机功能材料用于环境污染治理技术领域，公开了一种多孔炭材料及其制备方法和应用。所述多孔炭材料中掺杂有杂原子；以所述杂原子为锚定位点在多孔炭材料上负载有金属氧化物和金属单质。将掺杂有杂原子的多孔炭材料分散于可溶性金属盐溶液中，滴加碱液后进行搅拌、过滤和烘干，得到所述多孔炭材料。本发明所述的多孔炭材料可应用于捕获气态碘单质以及去除废水中碘单质和/或碘离子。本发明提供的多孔炭材料中具有金属氧化物(例如氧化银)和金属单质(例如银)的复合双吸附位点，可用于工业废气、核工业废水、核污染海水、生活废水处理，具有广泛的应用范围。

技术研发人员：王峰,付伟阳,窦美玲
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23