以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料及其应用的制作方法

本发明涉及碳材料领域技术，尤其是指以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料及其应用。

背景技术：

介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料，与纯介孔硅材料相比，介孔碳材料表现出特殊的性质，有高的比表面积，高孔隙率；孔径尺寸在一定范围内可调；介孔形状多样，孔壁组成、结构和性质可调；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性；合成简单、易操作、无生理毒性。它的诱人之处还在于其在燃料电池，分子筛，吸附，催化反应，电化学等领域的潜在应用价值。近年来，介孔材料科学已经成为国际上跨化学、物理、材料、生物等学科交叉的热点研究领域之一，更成为材料科学发展的一个重要里程碑。

目前的介孔碳材料其toc的去除率较低，不能直接应用于对污水进行处理，使用较为不便。因此，必要对目前的介孔碳材料进行改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料及其应用，其能有效解决现有之介孔碳材料不能直接应用于对污水进行处理的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料，其制作包括有以下步骤：

（1）将葡萄糖溶解于h2so4和h2o的混合溶液中，搅拌均匀待用；

（2）采用减压抽滤的方式填充碳源，将模板剂平铺于布氏漏斗的滤纸上，并将步骤（1）配制的混合溶液滴加在模板剂上，滤液由抽滤瓶盛接并收集；

（3）收集后的滤液又重新滴加在模板剂上，再收集滤液，反复操作3次使碳源充分填充；

（4）抽滤完成后将所剩少量滤液与滤饼混合，并搅拌均匀；

（5）混合物在100℃下加热6h，以去除水分，再置于150℃条件下加热6h，进行初步炭化；

（6）二次填充，将初步炭化后的混合物捣碎，平铺在布氏漏斗的滤纸上，将葡萄糖、h2so4和h2o的混合溶液滴加在混合物上，按照步骤（3）进行减压填充，收集滤液和滤饼混合后，按照步骤（5）进行水分去除和初步炭化；

（7）将混合物取出后，在高纯氮保护下，于750℃高温中煅烧1.5h，升温速度为10℃/min；

（8）样品冷却至室温，用48%的hf浸泡24h，以除硅；

（9）最后水洗样品至不含酸性，干燥，得到介孔碳材料，记为mc-glucose。

优选的，所述步骤（1）中葡萄糖为1.25g，h2so4为0.8ml，h2o为5ml，步骤（2）中模板剂为1.0g，其型号为sba-15，步骤（6）中葡萄糖为0.8g，h2so4为0.5ml，h2o为5ml。

一种以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料的应用，将以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料投放到污水中，对污水进行toc的去除。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

通过以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料，尾水初始ph值为5～7时，mc-glucose对toc的吸附能力最佳，其toc的去除率达到99%。《广东省污水综合排放标准》（db4426-2001）中对尾水ph排放限值要求为6～9，本实验研究的材料最佳吸附ph值为7，也就是说，在进行吸附实验前不需要重新调节ph值，可直接用于对污水进行处理，使用方便。

附图说明

图1是本发明之较佳实施例中mc-glucose材料的sem图；

图2是本发明之较佳实施例中等温吸附曲线图；

图3是本发明之较佳实施例中孔容-孔径分布曲线（微分）图；

图4是本发明之较佳实施例中mc-glucose材料的xrf图；

图5是本发明之较佳实施例中mc-glucose材料的ft-ir图；

图6是本发明之较佳实施例中mc-glucose投加量对toc吸附效果的影响示意图；

图7是本发明之较佳实施例中吸附时间对toc吸附效果的影响示意图；

图8初始ph值对toc吸附效果的影响示意图。

具体实施方式

本发明揭示了一种以葡萄糖为碳源制备的介孔碳材料，其制作包括有以下步骤：

（1）将葡萄糖溶解于h2so4和h2o的混合溶液中，搅拌均匀待用；在本实施例中，葡萄糖为1.25g，h2so4为0.8ml，h2o为5ml。

（2）采用减压抽滤的方式填充碳源，将模板剂平铺于布氏漏斗的滤纸上，并将步骤（1）配制的混合溶液滴加在模板剂上，滤液由抽滤瓶盛接并收集。在本实施例中，模板剂为1.0g，其型号为sba-15。

（3）收集后的滤液又重新滴加在模板剂上，再收集滤液，反复操作3次使碳源充分填充。

（4）抽滤完成后将所剩少量滤液与滤饼混合，并搅拌均匀。

（5）混合物在100℃下加热6h，以去除水分，再置于150℃条件下加热6h，进行初步炭化。

（6）二次填充，将初步炭化后的混合物捣碎，平铺在布氏漏斗的滤纸上，将葡萄糖、h2so4和h2o的混合溶液滴加在混合物上，按照步骤（3）进行减压填充，收集滤液和滤饼混合后，按照步骤（5）进行水分去除和初步炭化。在本实施例中，葡萄糖为0.8g，h2so4为0.5ml，h2o为5ml。

（7）将混合物取出后，在高纯氮保护下，于750℃高温中煅烧1.5h，升温速度为10℃/min。

（8）样品冷却至室温，用48%的hf浸泡24h，以除硅。

（9）最后水洗样品至不含酸性，干燥，得到介孔碳材料，记为mc-glucose。

下面分别采用sem、bet、xrf和ft-ir等手段进行介孔碳材料表征：

（1）sem表征，如图1所示，为mc-glucose介孔碳材料的sem照片。由图可知，mc-glucose材料结构呈有序的棒状排列，其孔道主要由棒状粒子堆积而成，故采用葡萄糖为碳源，制备得到有序的碳材料。

（2）bet表征，通过bet的多点吸附实验可知，mc-glucose材料的比表面积为994.94m2/g，总孔体积为1.12m3/g，平均孔径为6.132nm。图2和图3分别为mc-glucose材料的n2吸附/脱附等温线和孔容-孔径分布图。

由等温吸附曲线图可知，mc-glucose材料呈现ⅳ型等温线和h1型迟滞回线。说明该材料属于介孔碳材料，其孔道结构主要由均匀珠串形孔构成。由空容-孔径分布曲线图可知，该碳材料以2.00-10.00nm的孔为主，其占总孔的69％。

（3）xrf表征，图4是mc-glucose材料的xrf图。由图可知，该材料不含cu、cr、pb、hg等有毒有害重金属，属于环保型吸附剂。

（4）ft-ir表征，图5为mc-glucose材料的傅里叶红外光谱图。由图可知，在3415cm^-1处产生o-h的伸缩振动峰，1300～1640cm^-1范围主要是c=o和c=c键的伸缩振动峰，1000～1200cm^-1主要是c-o的伸缩振动峰，400～900cm^-1区域是一些重原子伸缩振动和变形振动。

下面对介孔碳材料的吸附进行试验：

试验用水取自某印染企业经过生化处理、混凝沉淀后的尾水。

（1）投加量的影响

分别取50mg、100mg、150mg、200mg和250mg的mc-glucose材料投加入装有250ml尾水的锥形瓶中，即投加量分别为200mg/l、400mg/l、600mg/l、800mg/l和1000mg/l。将锥形瓶于恒温振荡床中吸附6h，取水水样经沉淀微滤后，取清液测定toc的含量。不同投加量对尾水中toc的吸附效果见图6。

由图可知，toc的去除率随着mc-glucose投加量的增大而增大。当mc-glucose的投加量为800mg/l时，toc的去除率达到97.21%，故本试验最佳投加量取800mg/l。

（2）吸附时间的影响

吸附过程中，分别于5min、10min、15min、30min、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h和8h取适量水样进行过滤，取清液测定其toc含量的变化，图7为吸附时间对toc去除效果的影响。

由图可知，吸附实验进行到6h时，吸附基本达到平衡，故本实验中最佳吸附时间取6h。

（3）酸碱度的影响

考察尾水中酸碱度对mc-glucose的吸附性能影响，采用naoh和hcl调节尾水的ph为3、5、7、9、12，ph对材料吸附能力的影响见图8。

由图可知，尾水初始ph值为5～7时，mc-glucose对toc的吸附能力最佳，其toc的去除率达到99%。《广东省污水综合排放标准》（db4426-2001）中对尾水ph排放限值要求为6～9，本实验研究的材料最佳吸附ph值为7，也就是说，在进行吸附实验前不需要重新调节ph值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。