[发明专利]一种活性炭/石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种活性炭/石墨烯复合材料及其制备方法与应用，借助发酵型生物质链接剂的链接作用，将生物质炭化料与氧化石墨烯链接到一起，发酵型生物质链接剂的关键成分容易释放，具有很强的链接效果，而后通过一步法合成活性炭/石墨烯复合材料，既可以实现生物质炭化料的活化，又可以同时实现氧化石墨烯的原位还原，无需对商品活性炭进行二次加工，降低了能耗成本；氧化石墨烯热传导能力更强，且升温过程形成的石墨烯可加快活化反应过程中水蒸气或二氧化碳在炭化料表面的扩散速率，从而实现更快地活化造孔。

技术领域

本发明属于环保材料制备技术领域，具体涉及一种活性炭/石墨烯复合材料 及其制备方法与应用。

背景技术

水中新兴有机污染物存在浓度低、难降解、易富集、生物毒性等特征，是 目前亟待解决的问题之一。活性炭具有比表面积大、孔隙发达、表面组成可调 控、价格低廉、适用范围广等优势而被广泛应用于环境修复领域。吸附量、吸 附效率和吸附选择性是评价活性炭性能的重要指标，针对以上指标对开发新型 活性炭是目前吸附研究领域的重要课题，也是实际应用技术革新和突破的关键 环节。活性炭的吸附性能主要由其物理孔隙结构和表面化学性质共同决定的。 因此，如何通过适当地调整结构和表面化学性质提升活性炭吸附性能是重要的 研究方向。

活性炭表面负载纳米材料是一种提升吸附性能的有效方式之一。纳米材料 由于纳米尺寸效应，表面原子数成倍增加，从而增加了表面的活性位点，提升 了反应效能。目前针对活性炭的改性方式大多数通过液相还原或炭热还原在活 性炭原位负载得到活性炭复合材料。以上思路使活性炭重复加工，显著增加了 制备成本。石墨烯是一种碳元素发生SP²杂化形成的二维材料，其具有巨大的比 表面积和吸附性能。近年来，将石墨烯负载于生物炭或活性炭以提升导电性或 比表面积，显著提升生物炭或活性炭的性能。

CN104587956B公开了一种以多层活性炭包覆氧化石墨烯复合粉体为载体 的包裹型纳米零价铁的制备方法，包括如下步骤：先制备包裹型纳米零价铁： 然后制备多层活性炭包覆氧化石墨烯复合粉体；将得到的多层活性炭包覆氧化 石墨烯复合粉体投加入水中，通过超声分散1-3小时后制得氧化石墨烯悬浮液， 然后加入制得的包裹型纳米零价铁，充分搅拌后进行抽滤、洗涤和干燥，得到 以多层活性炭包覆氧化石墨烯复合粉体为载体的包裹型纳米零价铁吸附剂。本 发明以廉价无害的黄酮醇、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺为表面修饰剂制备包裹型 纳米零价铁，提高了水中重金属的去除率。

CN107055532B公开了一种活性炭负载石墨烯的方法，该材料的制备过程如 下：将活性炭粉碎至1000目，对其进行酸化处理后洗净干燥：对氧化石墨烯溶 液进行超声处理，形成均一的溶液：然后将酸化后的活性炭浸入上述溶液中， 充分搅拌后加入乙二胺溶液，在水浴80℃温度下反应，待反应结束后，将负载 石墨烯的活性炭进行透析处理：最后，经洗涤过滤后经真空烘干制得所述的材 料。本发明提供的方法工艺简单，操作简便，利用石墨烯优异的导电性能，制 备出导电率较高、成本较低的负载石墨烯的活性炭复合材料，既克服了石墨烯 由于表面静电作用而产生的团聚现象，又提升了活性炭自身的导电性能，使复合材料的电导率增大了近100倍。

然而，上述发明内容均存在活性炭二次加工及氧化石墨烯还原时使用大量 还原剂等问题，会进一步导致过程能耗更高和成本上升的问题，从而限制了该 复合材料的实际使用性。

因此，还需要开发新的工艺将氧化石墨烯负载到活性炭上，既能实现氧化 石墨烯的同步还原，又能简化步骤，避免二次加工。

发明内容