本技术涉及一种羊毛基磁性氮掺杂生物炭材料的制备方法。首先,将经过除杂和去鳞片处理的羊毛浸入氯化铁溶液中进行配位反应,形成羊毛/铁配合物。随后,将三聚氰胺、金属盐和羊毛/铁配合物混合,经热处理得到羊毛基氮掺杂磁性生物炭材料。该方法制备的材料具有良好的磁性和氮掺杂特性,可应用于环保和能源领域。
背景技术
纺织印染废水污染化学物质的来源十分广泛,从化纤物料、纺纱用浆料、染料、化学药剂等,到规定的洗染污水、丝光污水、后梳理污水等,总的来说,这种工业废水具备污染严重、品种众多、碱性强烈、毒性极强并且色度极高等特征。因此对印染废水的处理研究尤为重要。
目前,国内外常用的印染废水处理技术有:(1)物理膜分离法:此方法具有对反应温度要求较低、对分离目标选择性较好、可在分子级内部进行物质分离、传质能耗低、适应能力性强等优点。不足之处是,比如膜的强度较差、使用寿命短,在工业反应过程中膜容易被污染从而影响分离效率等。(2)光催化法:此方法脱色效果好,无大量污泥产生,杀菌效果佳,运行费用较低,但一次性投资成本高、安装困难是亟待解决的难题。(3)吸附法:此方法是利用多孔性固体物质的吸附能力将污水中的某些污染物、悬浮物、胶体及溶解性有机物去除的方法,简单,高效,操作方便,低成本,不需投加任何药剂,无二次污染和可控吸附容量,可产生较好的经济效益和环境效益,具有广阔的发展应用前景。
元素掺杂是一种将其它杂原子(如N、B、P、S等)取代碳晶格中的碳原子,从本质上改变碳材料的晶体结构,从而改变其表面能态和化学活性的方法。氮与碳的化学性质相似,比较容易结合。当氮原子掺杂进入碳材料内部时,氮原子可以取代碳材料中的碳原子,氮原子多出的1个核外电子可为sp2
杂化的碳骨架中的π电子提供电子,这不仅能增强碳的n-
型导电性,同时也能通过改善表面结构来增强碳材料的亲水性和表面活性,使这种氮掺杂碳材料具备更优异的物理化学性质。
熔盐合成法是近几年兴起的一种新型的合成方法。通常采用一种或数种低熔点的盐类作为反应介质,反应物在熔盐中有一定的溶解度,使得反应在原子级进行。反应结束后,采用合适的溶剂将盐类溶解,经过滤洗涤后即可得到合成产物。熔盐是一种离子介质熔体,具有较高的离子导电性,较宽的电化学窗口和较强的溶解能力。
目前研究人员在生物炭的前驱体选择上,大多以纤维素成分为主,而以纤维素生物质材料制备的生物炭在高温裂解过程中会发生严重的热解缩聚反应,导致孔隙部分堵塞,同时纤维素生物质炭的机械强度、导电性、化学稳定性较差。与纤维素生物炭相比,蛋白质生物炭材料结构稳定,同时蛋白质大多富含氮、硫等杂原子,有利于提高生物炭的吸附和催化性能;蛋白质分子结构中含有多种官能团,生物炭具有更好的官能团化学活性;同时蛋白质碳氮比例比较低,热解过程中产生的挥发物较少,减少了污染。羊毛是一种常见的天然蛋白质纤维,元素组成丰富,除了碳元素外,还含有大量的氮元素和硫元素。目前还未见报道以羊毛作为前驱体制备生物炭,以克服现有生物炭的不足。
实现思路