[发明专利]一种由面巾纸制备碳气凝胶的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶领域，具体涉及一种由面巾纸制备碳气凝胶的方法及应用。

背景技术

近年来，由于人们对生活质量及卫生要求的不断提高，生活用面巾纸的需求不断增大。废弃面巾纸的处理成为一种当前急需解决的难题。与其他的可回收利用的废纸(废书，报纸，纸屑等)相比，面巾纸不仅使用量大，且回收难度大。故常见的废弃面巾纸的处理方法只有燃烧发电，填埋等等。这些处理措施有的利用效率很低，有的处理成本高，不利于我国经济的可持续发展，造成了一定的资源浪费和环境污染问题。

今社会工业化的迅猛发展，给我们的社会、经济、生活带来了前所未有的发展和进步，与此同时也带来了一系列的其他问题，如资源不足，能源短缺，环境污染等。如何高效、环保、经济地解决这些问题，已然成为科学工作者们所面临的重要研究课题。就各类工业和生活污水处理而言，现有的处理技术中，吸附法具有操作简单、效率高、安全等优点而备受关注。目前常用的吸附材料有碳材料，各类微纳米材料、膜材料等。其中，碳材料主要包括活性炭，碳纳米管，石墨烯等。这类碳材料具有比较高的比表面积、优异的吸附性能及较好的化学稳定性等。然而在实际生产、生活中，该类碳材料并不能很好地满足这方面的需求。例如，活性炭的制备过程复杂，虽可实际应用于生产生活中，但相比较于碳纳米管及石墨烯，它的吸附性能不具有优势。而对于碳纳米管和石墨烯而言，它们的制备过程和生产成本都十分的高，不具备经济优势。同时，碳材料也因其优异的电学性能而广泛地应用于锂离子电池负极材料中。

本着变废为宝的环保理念，采用生活用废弃面巾纸为原料，通过一系列简单的物理化学处理，合成出具有质量轻、超疏水性、超吸附性等优异特质的三维碳气凝胶材料。该材料成功的应用于快速、高效地吸附生活中常见的油污和有机污染物。这种集环保、低耗、高效于一身的碳材料，有望成功地应用于现代化工业及家用污水处理系统中。同时，由于该碳气凝胶拥有较好的导电性，可进一步将其利用在储能锂离子电池的负极材料中。

发明内容

本发明提供了一种由面巾纸制备碳气凝胶的方法及应用，由此方法得到的碳气凝胶具有成本低，质量轻，疏水性好，导电性好，吸附性能优异等特点，且该碳气凝胶可用于实际生产生活中的油污吸附处理及锂离子电池负极材料中。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种由面巾纸制备碳气凝胶的方法，步骤如下：

(1)称取面巾纸，加纯水搅拌，之后加盐酸继续搅拌，经离心洗涤后冷冻干燥，得白色柱状材料；

(2)将所述白色柱状材料在惰性气体氛围中进行退火处理，即得所述碳气凝胶。

优选地，所述面巾纸为废弃面巾纸。

优选地，所述步骤(1)中面巾纸与纯水的质量比为1：1；所述盐酸的质量分数10％，所述盐酸与纯水的体积比为3：20。

优选地，所述步骤(1)中加纯水后利用电动搅拌器进行搅拌12h，然后在电磁搅拌器持续搅拌12h，之后加盐酸继续搅拌12h。

优选地，所述步骤(2)中所述离心洗涤时的转速为12000转/min，冷冻干燥的时间为16h。

优选地，所述步骤(2)中退火处理的条件为：氩气氛围中，850℃煅烧2h，升温速率为10℃/min。

本发明还提供了由上述方法制备得到的碳气凝胶在油污吸附中的应用。

本发明还提供了由上述方法制备得到的碳气凝胶在锂离子电池中的应用。

作为由本发明上述方法制备得到碳气凝胶在锂离子电池中的应用中的一个优选方案，其中以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，然后将碳气凝胶、乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比8：1：1混合，研磨2h形成均匀的浆料，用刮刀涂布于铜箔上得到电极片，将电极片置于120℃中空干燥箱中干燥12h，裁成直径为15mm的圆片，即得一种电极片。

本发明采用面巾纸作为原料，相比较于生活中的其他废纸，如废书，报纸，纸屑等，面巾纸具有一定的柔韧性，故在使其在水溶液中分散过程会稍微复杂。可以通过使用物理的电动搅拌器的使用，现将大面积的面巾纸搅碎成细小的碎片，然后再使用化学法处理。

传统的加热干燥过程中，面巾纸的分散物会“坍塌”团聚在一起，这样该材料就不具备疏松膨胀、密度小的特点。与热干燥相反的是，可以通过冷冻干燥来保持除去其中的水分，同时保持该材料成三维气凝胶状，拥有疏松膨胀结构和质量轻等优异特性。经冷冻干燥处理后，可拥有较高的比表面积，吸附性能好，提高对油污的吸附能力。