一种磁性炭气凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉气凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002] 炭气凝胶因具有很高的比表面积、孔隙率、低密度和高稳定性网络结构，是优良的 催化剂载体及吸附材料，可用于染料污水处理中。传统炭气凝胶的制备原料是以间苯二酚、 甲醛、酚醛树脂为原料制备的，如申请号为201210190952. 5的中国专利公开了一种炭气凝 胶基球状耐腐蚀磁性材料的制备方法，它是镍盐、醛类物质、芳香胺酚类物质在有机催化剂 和分散剂的作用下，制备成凝胶，然后再干燥脱水、炭化后得到的。这种炭气凝胶的前驱体 大多来自于石油工业，对人体和环境毒害作用较大，而且原料成本较高。
【发明内容】
[0003] 本发明是要解决现有的炭气凝胶的制备方法原料成本高且制备过程毒害较大的 技术问题，而提供一种磁性炭气凝胶的制备方法。
[0004] 本发明磁性炭气凝胶的制备方法，按以下步骤进行：
[0005] -、称取羧甲基纤维素钠、葡萄糖酸-δ -内酯和三氯化铁；将羧甲基纤维素钠、葡 萄糖酸-S -内酯加入到水中，搅拌至溶解，得到胶状液；将三氯化铁用蒸馏水溶解，再用氨 水调节pH值为中性，得到中性三氯化铁溶液；将中性三氯化铁溶液加入到之前制备的胶状 液中，搅拌均匀后，在室温下静置，得到凝胶；
[0006] 二、将步骤一得到的凝胶冷冻后，再放入温度为-50°c~-KTC的真空冷冻干燥机 冷冻干燥，得到羧甲基纤维素钠气凝胶；
[0007] 三、将步骤二得到的羧甲基纤维素钠气凝胶放在真空管式加热炉中，通入N2保护， 以5~10°C /min的升温速度升温至900~1000°C，持续加热2~5小时，停止通气并自然 冷却至室温，得到磁性炭气凝胶。
[0008] 进入21世纪后，碳材料的应用量与日倶增，石油资源的日益枯竭以及环境的重度 污染备受各界的广泛关注，选取新型可再生的绿色碳源是一项重要的课题，纤维素是地球 上含量最丰富的天然产物，所占比例达植物界中碳总量的二分之一以上，每年通过光合作 用的合成量可达I. 5X 1012t，羧甲基纤维素钠是以纤维素经改性制得，既保留了纤维素具有 的β -葡萄糖的结构单元，还具有特殊的反应性能，来源广泛，是一种多糖类物质，安全无 毒，价格低廉，安全无毒，环境友好，是一种新型绿色材料。本发明主要以羧甲基纤维素钠 为原料，加入三氯化铁作为交联剂，通过溶胶-凝胶法制备羧甲基纤维素钠气凝胶，步骤简 便。本发明的磁性炭气凝胶，具有磁性，可多次回收利用。同时具有高孔隙率，比表面积较 大，可对活性翠蓝染料的吸附容量为59. 98mg/g，去除率最高达42. 38%，可作为一种吸附 材料进行染料废水处理，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0009] 图1是实施例1中的一组得到的磁性炭气凝胶的扫描电镜照片；
[0010] 图2是实施例1中的二组得到的磁性炭气凝胶的扫描电镜照片；
[0011] 图3是实施例1中的三组得到的磁性炭气凝胶的扫描电镜照片；
[0012] 图4是实施例1中的二组制备磁性炭气凝胶过程中，羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维 素钠气凝胶、磁性炭气凝胶的XRD谱图；
[0013] 图5是实施例1中羧甲基纤维素钠、实施例1制备的磁性炭气凝胶的红外谱图；
[0014] 图6是实施例1中制备的二组的羧甲基纤维素钠气凝胶的热重曲线图；
[0015] 图7是实施例1中制备的二组的磁性炭气凝胶的磁滞回线图；
[0016] 图8是实施例1中制备的二组的磁性炭气凝胶放入水中的状态图；
[0017] 图9是实施例1中制备的二组的磁性炭气凝胶放入水中后用磁铁吸引的效果图；
[0018] 图10实施例1中制备的二组的磁性炭气凝胶Zeta电势分析图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0019] 一：本实施方式的磁性炭气凝胶的制备方法，按以下步骤进行：
[0020] -、称取羧甲基纤维素钠、葡萄糖酸-δ -内酯和三氯化铁；将羧甲基纤维素钠、葡 萄糖酸-S -内酯加入到水中，搅拌至溶解，得到胶状液；将三氯化铁用蒸馏水溶解，再用氨 水调节pH值为中性，得到中性三氯化铁溶液；将中性三氯化铁溶液加入到胶状液中，搅拌 均匀后，在室温下静置，得到凝胶；
[0021] 二、将步骤一得到的凝胶冷冻后，再放入温度为_50°C~-KTC的真空冷冻干燥机 冷冻干燥，得到羧甲基纤维素钠气凝胶；
[0022] 三、将步骤二得到的羧甲基纤维素钠气凝胶放在真空管式加热炉中，通入N2保护， 以5~10°C /min的升温速度升温至900~1000°C，持续加热2~5小时，停止通气并自然 冷却至室温，得到磁性炭气凝胶。
【具体实施方式】 [0023] 二：本实施方式与一不同的是步骤一中，羧甲基纤维 素钠与葡萄糖酸-S -内酯的质量比为1 : (0. 5~0. 7)、羧甲基纤维素钠与三氯化铁的质量 比为1 : (0. 2~1);其它与一相同。
【具体实施方式】 [0024] 三：本实施方式与一或二不同的是步骤一中，羧甲基 纤维素钠与葡萄糖酸-δ -内酯的质量之和与水的体积比为Ig : (15~35)mL ;其它与具体 实施方式一或二相同。
[0025]
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一中，三 氯化铁质量与蒸馏水的体积的比为Ig : (35~120)mL ;其它与【具体实施方式】一至三之一相 同。
[0026]
【具体实施方式】五：本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤一中，中 性三氯化铁溶液加入到胶状液中后搅拌15~60min ;其它与【具体实施方式】一至四之一相 同。
【具体实施方式】 [0027] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤一中，静 置时间为2~4天；其它与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0028] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤二中，冷 冻干燥时间为48~72h ;其它与一至六之一相同。
【具体实施方式】 [0029] 八：本实施方式与一至七之一不同的是步骤三中，以 6~8°C /min的升温速度升温至950°C，持续加热3小时；其它与一至七之一 相同。
[0030] 用以下试验验证本发明的有益效果：
[0031] 实施例1 :本实施例的磁性炭气凝胶的制备方法，按以下步骤进行：
[0032] 一、按下表1的配料表称取三组原料；
[0033] 表1配料表
[0035] 每组将羧甲基纤维素钠、葡萄糖酸-δ -内酯加入到50ml水中，搅拌至溶解，得到 胶状液；将三氯化铁用IOml蒸馏水溶解，再用氨水调节pH值为7,得到中性三氯化铁溶液； 将中性三氯化铁溶液加入到胶状液中，搅拌15min后，在室温下静置3天，得到凝胶；
[0036] 二、将步骤一得到的凝胶冷冻后，再放入温度为_50°C的真空冷冻干燥机冷冻干燥 72h，得到羧甲基纤维素钠气凝胶；
[0037] 三、将步骤二得到的羧甲基纤维素钠气凝胶放在真空管式加热炉中，通入N2保护， 以5°C /min的升温速度升温至1000°C，持续加热2小时，停止通气并自然冷却至室温，得到 磁性炭气凝胶。
[0038] 图1是一组得到的磁性炭气凝胶的扫描电镜照片，图2是二组得到的磁性炭气凝 胶的扫描电镜照片，图3是三组得到的磁性炭气凝胶的扫描电镜照片。从图1中可以看出， 一组的交联剂比例最小，炭气凝胶呈现出镂空的网络状结构，原因在于加入交联剂量小，使 得羧甲基纤维素钠不能与Fe3+发生充分的交联，而使得结构分布不均。二组的交联剂加入 量适中，在放大40000倍下可观察相对均一的介孔分布在炭气凝胶表面。三组的交联剂加 入量大，炭气凝胶的结构显得不均一，孔径很大，最大孔径达到500 μ m，属于大孔结构。
[0039] 第二组制备的磁性炭气凝胶过程中，羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钠气凝胶、磁