[发明专利]一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法

说明书

本发明提出一种纤维素复合插层蒙脱土的炭化方法。本发明首先对膨润土进行提纯，使蒙脱石含量达到80wt％以上，配合一定比例的纤维素，经过充分混合、搅拌、超声分散达到纤维素与蒙脱石插层复合的效果，之后采用水热处理方法对复合物料在180‑240℃进行水热炭化2‑12h，得到初步的水热碳/蒙脱土复合物，然后在400‑600℃炭热还原焙烧1‑4h，最终获得产物。本发明的主要特点在于低温水热炭化和炭热还原焙烧相结合，获得性能更优异的碳/蒙脱土复合材料。具有分散性好、热稳定性高，良好的比表面积与吸附性能。

技术领域

本发明涉及一种纤维素复合插层蒙脱土，生物质炭/蒙脱土复合物的制备方法。属于矿物与碳材料领域。

背景技术

自然界中粘土的存在量巨大，利用层状粘土矿物结构特点开发性能各异产品的报道层出不穷。为了克服蒙脱土在应用中的表面极性大、易团聚等，实现蒙脱土的充分利用，对蒙脱土的复合改性一直是近年研究的热点。生物质炭以其特殊的物理结构、丰富的表面性能和优良的生态环境效应等特点得到快速发展。为综合不同种材料优势，获得性能更优异的碳/蒙脱土复合材料，发挥碳材料和蒙脱土协同效应，本发明申请提出采用炭化方法制备纤维素插层复合碳/蒙脱土新材料。

关于有机物插层蒙脱石制备无机有机复合物研究已有很多报道，如卢杰采用CTAB对膨润土改性，所得有机膨润土颗粒表面由亲水性变为疏水性，可有效吸附去除水中的四氯化碳；Nihal等采用C₁₇H₃₅COONa和C₁₁H₂₃COONa两种羧酸盐改性蒙脱土，结果表明，两种羧酸盐改性剂均插层成功，很好的分散和插层于整个蒙脱土的片层间或吸附于表面等等。但现有技术主要针对粘土的插层剥离，以获得粘土片层为主要目标，虽改良了表面性能，并没有进行炭化处理，生物质炭的优异性能未被开发。

对于将有机物于矿物复合炭化也有相关报道，如Rui Zhang等用葡萄糖180℃水热合成了炭/蒙脱石复合物，比表面积为19.7m²/g，对U(VI)的吸附20.76mg/g；Tie Li用葡萄糖和蒙脱石在180℃水热合成复合物，对Cr(VI)的吸附达到156.25mg/g；LunhongAi用葡萄糖在180℃合成复合物，对亚甲基蓝的吸附达到194.2mg/g。单纯水热法生成的生物质炭比表面积一般较小，一般在20m²/g左右，在蒙脱石表面形成碳及其炭化中间产物的复合物，碳的性能不能充分体现。

中国专利(CN104326470A)介绍了一种制备高比表面积微米级球形活性炭的方法。水热处理后，在N₂保护下800℃高温处理，制备出来的球形活性炭，比表面积可达1000m²/g。中国专利(CN105197928A)在H₂氛围下加热至800℃，得到比表面积可达4120m²/g的活性炭。以上方法虽得到较高的比表面积，但都需要气氛保护，炭化后需要进一步活化，成本过高，且重复利用性较差。

生物质炭与蒙脱石的充分复合可以改善蒙脱石片层结构分散的稳定性。但单纯的通过水热法制备出的碳/蒙脱石复合物比表面积较小，炭化不彻底，为提高碳比表面积，实现蒙脱石片表面包覆热解碳，均匀稳定，需对性能更优异的生物炭/粘土矿物复合新材料制备方法不断创新。本申请提出采用超声与水热活化协同作用，超声分散促进蒙脱石充分分散，使纤维素充分溶解，聚合的有机小分子充分解聚，水热处理促进纤维素均匀复合在蒙脱石表面与层内外，并通过水热反应，使纤维素分子炭化中间产物与蒙脱石表面结合，在充分反应与复合基础上，对部分水热炭化的复合物进行热解炭化，最终获得热稳定性高，比表面积更大的碳/蒙脱石复合物新材料。比表面积可达160m²/g以上，对30mg/L浓度的亚甲基蓝的吸附达到140mg/g以上。

发明内容

本发明提出一种更有利于获得分散稳定性好、热稳定性高、比表面积大的纤维素/蒙脱土复合物，并在此基础上进一步炭化制备碳/蒙脱土复合物的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：