[发明专利]一种铁负载的海藻酸钠碳气凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种铁负载海藻酸钠碳气凝胶的制备方法和应用，其通过将海藻酸钠溶液和硝酸铁溶液混合，制备出海藻酸钠水凝胶，然后冷冻干燥，得到海藻酸钠气凝胶，再高温碳化得到铁负载海藻酸钠碳气凝胶，并同时提供了其在有机物质吸附领域的应用，以及与H₂O₂联合使用提高有机物质吸附率的用途。

技术领域

本发明涉及一种铁负载的海藻酸钠碳气凝胶的制备方法及其应用，属于碳气凝胶领域。

背景技术

碳气凝胶是一种新型的轻质多孔材料，因其具有稳定性好、孔隙率高、比表面积大、导电率高及较多的物质及电子传输孔道的特点，广泛应作催化剂载体、储氢材料、吸附材料及超级电容器或锂离子电池的电极材料等。

水污染与治理保护的重点关注促使了各种处理方法的发展，芬顿（EF）氧化技术就是其中的一种。由于这个方法开辟了一种电化学利用空气作为持续供氧的绿色途径，因此引起了业界的广泛兴趣。芬顿（EF）氧化法是一种传统的高级氧化法(AOP)，其实质是H₂O₂ 在Fe²⁺ 的催化作用下生成·OH，此方法能氧化去除一般水处理技术无法降解的有机物。

CN201210161622.3公开了一种负载混合价态铁的活化碳气凝胶电极的制备方法及应用，该方法包括以下步骤：将间苯二酚、甲醛、催化剂碳酸钠和水按照摩尔比为1 ：2 ：0.008 ：17.5 混合均匀，倒入玻璃模具中，然后放入密闭容器中，静置反应，取出所得到酚醛树脂气凝胶，再用表面张力小于30mN/m 的有机试剂丙酮进行溶剂置换，时间为5 ～ 7天，每隔1 天更换一次；将所得到酚醛树脂气凝胶放置于室温下进行干燥，室温干燥时间为5 ～ 7 天后在管式炉中控制程序升温，以1.5 ～ 3.5℃ /min 的速度升温到600 ～ 1200℃并保持在该温度下反应3 ～ 5h，然后以同样速度冷却至室温，得到片状碳气凝胶，将片状碳气凝胶置于管式炉中，控制炉温以1.5 ～ 5.5℃ /min 的速率升至850℃，同时通入100 ～ 300mL/min 的混合气，该混合气为体积比为1 ：2 的二氧化碳与氩气的混合气体，保持2 ～ 6h，冷却得到具有超高比表面积的活化碳气凝胶电极；

将浓度为0.1 ～ 0.5mol·L^-1FeSO₄ 和N₂H4·H₂O 按体积比为40 ：8 ～ 15 配制成混合溶液，再加入K 值为30，数均分子量为4000 的聚乙烯吡咯烷酮，加入量为0.5 ～2g/48 ～ 55ml混合溶液，再用NaOH 调节pH 值为8 ～ 10，磁力搅拌30min，得到均匀透明溶液，将溶液转入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将活化碳气凝胶电极置于反应釜中，贴壁放置，反应釜置于烘箱中，180 ～ 220℃反应20 ～ 30h，取出电极，用去离子水和乙醇冲洗表面，以去除残留的盐，将制备得到的电极60℃烘干，得到负载混合价态铁的活化碳气凝胶电极。该电极作为电吸附辅助电芬顿中的阴极使用，快速降解有机污染物。