[发明专利]一种含石墨烯结构的碳纳米材料及其制法与应用

说明书

本发明属于吸附材料再生利用领域，公开了一种含石墨烯结构的碳纳米材料及其制法与应用。所述方法，包括以下步骤：(1)将吸附有抗生素的蒙脱石置于管式炉中，在惰性气体的保护下高温热解，得到碳材料‑蒙脱石的复合体；(2)将步骤(1)中碳材料‑蒙脱石的复合体进行酸洗，干燥，得到含有石墨烯结构的碳纳米材料。本发明利用废弃的蒙脱石制备含石墨烯结构的碳纳米材料，不仅实现了废弃蒙脱石的再生利用，而且制备的含石墨烯结构的碳纳米材料形貌完整，具有优异的氧还原的电催化性能。所述碳纳米材料可应用于燃料电池领域。

技术领域

本发明属于吸附材料再生利用领域，具体涉及一种含石墨烯结构的碳纳米材料及利用废弃的蒙脱石制备该纳米材料的方法，并涉及了含石墨烯结构的碳纳米材料的应用。

背景技术

粘土矿物是地球表生环境中最常见的物质，广泛存在于各种土壤和水体沉积物中，其中蒙脱石因其具有可膨胀性、比表面积大、阳离子交换量高等特点,与许多化学物质存在复杂的交互作用，成为这些化学物质重要的吸附/富集场所。因此，蒙脱石作为一种廉价高效、环境友好的吸附剂，被广泛应用于环境污染的修复治理。

抗生素在许多国家和地区被广泛应用,比如作为饲料添加剂被用于动物疾病防治。四环素类抗生素因具有质优廉价及广谱性等特点，是一种常见的兽用抗生素，而且在生产和使用方面中国位居世界第一。通常抗生素进入动物体内较少被吸附在肠道上，大多数以原药和代谢产物的形式从动物的粪便和尿液中排出体外,其中有相当部分会进入水体，从而对水体产生一定程度上的污染。

蒙脱石对盐酸型四环素的吸附早在1950年就开始研究，目前越来越多的研究表明，相比于其他粘土材料，蒙脱石对四环素的吸附能力更好，因此可以作为吸附材料处理抗生素废水中的四环素。然而吸附过四环素的废弃蒙脱石的再生处理仍是一大难题，如果对废弃蒙脱石直接填埋或者焚烧处理，不仅污染环境，而且浪费资源。

发明内容

为克服现有技术中的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种含石墨烯结构的碳纳米材料的制备方法。本发明利用废弃的蒙脱石制备含石墨烯结构的碳纳米材料，不仅实现了废弃蒙脱石的再生利用，而且制备出一种形貌完整，具有优异的氧还原的电催化性能的碳纳米材料。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到含石墨烯结构的碳纳米材料。

本发明的再一目的在于提供上述含石墨烯结构的碳纳米材料的应用。所述含石墨烯结构的碳纳米材料应用于燃料电池的阴极电极材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种含石墨烯结构的碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将吸附有抗生素的蒙脱石置于管式炉中，在惰性气体的保护下高温热解，得到碳材料-蒙脱石的复合体；

(2)将步骤(1)中碳材料-蒙脱石的复合体进行酸洗，干燥，得到含有石墨烯结构的碳纳米材料。

步骤(1)所述吸附有抗生素的蒙脱石中蒙脱石对抗生素的吸附量为100mg/g～700mg/g。

步骤(1)中所述抗生素为四环素；步骤(1)中所述惰性气体为氮气。

步骤(1)中所述高温热解条件为：于600℃～900℃煅烧1～3h；所述高温热解的升温速率为5～10℃/min。

步骤(2)中所述酸洗的具体步骤为：将碳材料-蒙脱石的复合体依次经过氢氟酸洗涤1～2h、浓盐酸洗涤1～2h，如此反复洗涤数次，再用去离子水洗涤至中性；所述反复洗涤的次数为3～5。

步骤(2)中所述干燥为烘干或真空冷冻干燥；所述烘干的条件为于60℃～90℃干燥12～48h。

所述含石墨烯结构的碳纳米材料由上述制备方法制备得到。