一种生物炭/SiC纳米线气凝胶复合材料及其制备方法

本发明属于复合材料，涉及生物炭气凝胶的制备，尤其涉及一种生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、不同环境中的污染物吸附对于吸附剂有很高的要求。工业生产中的废水组分复杂，腐蚀性高，合适的吸附剂不仅可以有效的降低废水中重金属离子的含量，还能保持自身结构的稳定性，延长使用寿命。

2、目前，在大部分涉及到强酸环境的矿业生产过程中，主要采用强无机酸分解矿石来制取产品。在矿石分解过程中，重金属离子被强酸带走，使得所产生的污染物始终处于强酸环境中，这需要吸附剂具有很强的耐腐蚀性。专利cn116272908a在ph为1时对铜及镉离子的去除率为38.56％，8.46％，当ph升至4时，其对于镉离子的去除率为99.26％，但是对于铜离子的去除率仅为55.73％。这需要开发具有多种重金属离子吸附性能的吸附材料。其中，碳材料是自然界中最常见的元素之一，以碳材料为主的吸附材料具有优异的化学稳定性、高机械强度、比表面积大等特点。但是常见的碳材料的使用条件为低温无氧环境，超过一定温度的有氧环境会对碳基底吸附剂造成不可逆的损毁。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料及其制备方法，将碳材料与其他材料复合可以扩展其适用范围，以碳材料为基底，在其表面生长碳化硅材料得到稳定性良好的生物炭/碳化硅复合结构材料。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面在于提供一种生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将生物质材料进行碳化，得到生物质碳源；高温碳化可以使生物质材料变成疏松多孔的碳化硅纳米线生长基底。

5、(2)将造孔剂水溶液和硅溶胶按体积比1:1混合搅拌，得到混合液，然后往混合液中加入生物质碳源，真空浸渍后得到混合浆料；其中，造孔剂选自氯化铵、碳酸氢铵、硝酸铵中的至少一种。真空环境可以使混合溶液更好地渗入生物质碳源中。

6、(3)将混合浆料转移至反应釜中进行水热反应，反应产物经洗涤、干燥得到中间产物。

7、(4)煅烧中间产物，反应冷却后得到生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料。

8、在一些实施方式中，造孔剂水溶液浓度为1-3mol/l，硅溶胶的质量分数为30％，生物质碳源与混合液的质量比为1:1，真空条件为-0.1bar。

9、在一些实施方式中，造孔剂水溶液和硅溶胶可以在常温下混合搅拌15～45min，以保证混合均匀。

10、在一些实施方式中，生物质材料选自竹块、木材、丝瓜络中的至少一种。

11、在一些实施方式中，碳化温度为500-900℃，碳化时间为2-6h，碳化气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种，碳化压力为常压。

12、在一些实施方式中，水热反应温度为80-100℃，水热反应时间为12-24h，反应釜为高压反应釜。

13、在一些实施方式中，洗涤剂选自去离子水、蒸馏水、纯净水中的任意一种，干燥温度为50-65℃，干燥时间为10-14h。

14、在一些实施方式中，煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为5-8h，煅烧气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种，煅烧压力为常压，煅烧器皿为氧化铝坩埚或石英坩埚。

15、在一些实施方式中，步骤(1)中的碳化和步骤(4)煅烧升温速率为3-7℃·min-1。

16、本发明第二方面在于提供一种生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料。

17、本发明包含以下有益效果：

18、(1)本发明以造孔剂热分解结合气固相反应的方式促进纳米线的良好生长，复合材料为网络结构丰富的多孔结构，比表面积大，耐腐蚀性高。

19、(2)碳化硅是一种化学性质非常稳定的陶瓷材料，本发明利用其不易与大多数的化学物质发生反应，能够抵御强酸、强碱、有机溶剂等腐蚀性介质侵蚀的特性，以碳材料为基底，在其表面生长碳化硅材料以得到稳定性良好的生物炭/碳化硅复合结构材料。

20、(3)本发明提供了一种简便、高效的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料制备方法，合成工艺简单，制备周期较短，有利于规模化批量生产。

21、(4)本发明限定了反应过程中的压力、温度以及时间，极大程度地发挥了生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的稳定性、吸附性、耐腐蚀性等。

技术特征：

1.一种生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述造孔剂水溶液浓度为1-3mol/l，所述硅溶胶的质量分数为30％，所述生物质碳源与混合液的质量比为1:1，所述真空条件为-0.1bar。

3.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质材料选自竹块、木材、丝瓜络中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化温度为500-900℃，碳化时间为2-6h，碳化气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种，碳化压力为常压。

5.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为80-100℃，水热反应时间为12-24h，所述反应釜为高压反应釜。

6.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤剂选自去离子水、蒸馏水、纯净水中的任意一种，所述干燥温度为50-65℃，干燥时间为10-14h。

7.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为5-8h，煅烧气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种，煅烧压力为常压，煅烧器皿为氧化铝坩埚或石英坩埚。

8.根据权利要求1所述的生物炭/sic纳米线气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碳化和步骤(4)煅烧升温速率为3-7℃·min-1。

9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的物炭/sic纳米线气凝胶复合材料。

技术总结
本发明公开了一种生物炭/SiC纳米线气凝胶复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，制备方法包括以下步骤：将生物质材料进行碳化，得到生物质碳源；将造孔剂水溶液和硅溶胶混合，然后加入生物质碳源，真空浸渍后得到混合浆料；将混合浆料转移至反应釜中进行水热反应，反应产物经洗涤、干燥得到中间产物；煅烧中间产物，冷却后得到生物炭/SiC纳米线气凝胶复合材料。本发明以生物碳材料为基底，在其表面生长碳化硅材料得到稳定性良好的生物炭/碳化硅复合结构材料，采用造孔剂热分解结合气固相反应的方式促进纳米线的良好生长，复合材料为网络结构丰富的多孔结构，比表面积大，耐腐蚀性高。

技术研发人员：李想,何家军,黄振,梁陈,杨雅雯
受保护的技术使用者：武汉工程大学重庆研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10