專利名稱：一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及新型納米層狀碳材料，尤其涉及一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法。
背景技術：
膨潤土是一種以蒙脫石(Montmorillonite)為主要礦物的粘土巖。蒙脫石的結構特征為一種具有二維納米結構的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個硅氧四面體中間夾一個鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成。由于同晶替代作用，蒙脫石因層間易發生不等價陽離子置換而產生永久性負電荷，可通過在其層間 域內吸附陽離子達到電荷平衡，且蒙脫石具有很大的內外表面積，因此，膨潤土可通過離子交換作用吸附各類有機和無機陽離子，具有較高的離子交換容量和很強的吸附能為。由于膨潤土礦產豐富及優異的吸附能力，膨潤土被廣泛用于吸附工業有機染料，尤其被應用于染料/印染廢水處理，成為染料/印染廢水的重要吸附材料。膨潤土價格便宜，每噸價格在數百元，僅為活性炭的10%左右；對水中陽離子染料吸附性能好，對常見陽離子染料如亞甲基藍、結晶紫等的吸附性能均超過活性炭。因此，在染料/印染廢水處理中，膨潤土的綜合應用成本遠低于活性炭，但要實現膨潤土在染料/印染廢水中的推廣應用，還需要解決吸附染料后膨潤土的資源化利用問題。本發明將提供一種吸附染料后廢棄膨潤土的資源化新方法，同時也是一種制備類石墨烯結構的碳納米材料的新方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法。本發明采用的技術方案是
一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟將吸附了染料的膨潤土依次進行干燥、粉碎、碳化、酸化洗滌、干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。優選的，碳化條件在保護性氣體氣氛中進行碳化，碳化溫度為500 800°C，碳化時間為2 5h。優選的，保護性氣體為氮氣、惰性氣體中的至少一種。優選的，原料碳化后采用氫氟酸、鹽酸交替酸化洗滌，以除去膨潤土組分。本發明采用氫氟酸、鹽酸酸化洗滌的效果優于單獨用氫氟酸或鹽酸酸化洗滌的效果。優選的，所述氫氟酸體積濃度為10 20%。優選的，所述鹽酸體積濃度為6 15%。優選的，吸附了染料的膨潤土采用染料/印染廢水處理中吸附了染料的膨潤土。優選的，該制備方法，包括以下步驟將吸附了染料的膨潤土依次進行干燥、粉碎，然后在保護性氣體氣氛中500 800°C碳化2 5h,碳化后的膨潤土采用體積濃度為10 20%的氫氟酸、體積濃度為6 15%的鹽酸交替酸化洗滌，以除去膨潤土組分，最后干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。
一種類石墨烯結構的納米碳材料，采用上述的制備方法制備。本發明利用膨潤土特殊的二維納米結構，以膨潤土片層作為模板，通過將吸附到膨潤土層間域內的陽離子染料隔絕空氣碳化，生成膨潤土一類石墨烯碳材料的二維納米間層復合材料，通過酸洗去除膨潤土片層后，碳材料的表面暴露，成為擁有大比表面積的碳材料，從而制得具有高比表面積的類石墨烯碳材料，即一類新型納米層狀碳材料，所得碳材料可用作吸附材料、電容器材料等。本發明的有益效果是
本發明以廢棄膨潤土為原料，通過簡單的方法制備得到一種具有較大比表面積的類石墨烯納米碳材料(比表面積達428 510 m2/g)，同時為解決吸附染料后膨潤土的資源化回收利用提供了新途徑，實現了廢水處理后的膨潤土資源化利用，從而有助于推動膨潤土在染料/印染廢水處理中的應用。
圖1是實施例1產物的XRD光譜 圖2是實施例1產物的Raman光譜圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。實施例1
一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟
1)將2g膨潤土投入到5 L含結晶紫濃度為200 mg/L的廢水中，吸附I h后沉淀2h，廢水變清澈；
2)將沉淀下來的廢棄膨潤土干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮氣保護下升溫至600°C碳化2h，然后采用體積濃度為10%的氫氟酸、體積濃度為10%的鹽酸交替洗滌4次，每次洗滌時間為4 h、酸的用量為40mL ;產物干燥后得到類石墨烯結構的納米碳材料。XRD表征結果顯示(圖1 )，碳化前和碳化后膨潤土底面間距分別為1. 52nm和1. 32nm;由于膨潤土片層厚度O. 96 nm，故所得納米碳材料的片層之間理論距離為O. 36 nm，可以推測膨潤土層間納米碳材料的碳原子為單層排列，具有類石墨烯結構。碳化后的膨潤土經過氫氟酸和鹽酸洗滌后，產物的Raman光譜表征見圖2，圖中顯示出現明顯的D峰和G峰，表明產物具有石墨烯的結構特征。測得產物的比表面積為423 m2/g。實施例2
一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟
1)將2g膨潤土投入到5L含亞甲基藍濃度為200 mg/L的廢水中，吸附I h后沉淀2h，廢水變清澈；
2)將以上吸附了陽離子染料亞甲基蘭的膨潤土分離、干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中在氮氣保護下升溫到600°C碳化3h，碳化后的膨潤土用體積濃度為15%的氫氟酸、體積濃度為12%的鹽酸交替洗滌4次，每次洗滌時間為3 h，酸用量為30mL。產物干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。XRD表征結果顯示，碳化后的膨潤土底面間距為1. 33 nm ;酸洗滌后得類石墨烯結構的納米碳材料，Raman光譜表征顯示該材料具有石墨烯的結構特征，出現明顯的D峰和G峰。比表面分析儀器測得產物的比表面積為451 m2/g。實施例3
一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟
1)將2g膨潤土投入到5L含結晶紫濃度為250 mg/L的廢水中，吸附I h后沉淀2h，廢水變清澈；
2)將沉淀下來的廢棄膨潤土干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮氣保護下升溫至500°C碳化5h，碳化后的膨潤土用體積濃度為20%的氫氟酸、體積濃度為6%的鹽酸交替洗滌3次，每次洗滌時間為4 h，酸用量為30mL，干燥，得類石墨烯結構的納米碳材。XRD表征結果顯示，碳化后的膨潤土底面間距為1. 32 nm ;酸洗滌后的產物具有石墨烯的結構特征,Raman光譜表征顯示,材料出現明顯的D峰和G峰；材料的比表面積為408m2/g。實施例4
一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟
1)將2g膨潤土投入到5L含結晶紫濃度為，300 mg/L的廢水中，吸附I h后沉淀2h，
廢水變清澈； 2)將沉淀下來的廢棄膨潤土干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮氣保護下升溫至800°C碳化4h，碳化后的膨潤土碳化后的膨潤土用體積濃度為15%的氫氟酸、體積濃度為15%的鹽酸交替洗滌4次，每次洗滌時間為4 h，酸用量為50mL，干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。XRD表征結果顯示，碳化后的膨潤土底面間距為1. 32 nm ;酸洗滌后的產物具有石墨烯的結構特征,Raman光譜表征顯示,材料出現明顯的D峰和G峰；材料的比表面積為508
m2/g。吸附試驗
將O. 05 g碳材料(實施例1所得產物)投入到20 mL含50 mg/L的乙萘酚水溶液中，吸附I h后乙萘酚的去除率達到99.9%。取O. 05 g膨潤土進行同樣條件的吸附實驗，顯示膨潤土不能吸附乙萘酚。將O. 05 g碳材料(實施例2所得產物)投入到20 mL含50 mg/L的苯酚水溶液中，吸附I h后苯酚的去除率達到98.9%。取O. 05 g膨潤土進行同樣條件的吸附實驗，顯示膨潤土不能吸附苯酚。由上述實驗可知，本發明制備的類石墨烯結構的納米碳材料對有機污染物具有良好的吸附性能。
權利要求
1.一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟 將吸附了染料的膨潤土依次進行干燥、粉碎、碳化、酸化洗滌、干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于碳化條件在保護性氣體氣氛中進行碳化，碳化溫度為500 800°C，碳化時間為2 5h。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于保護性氣體為氮氣、惰性氣體中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于原料碳化后采用氫氟酸、鹽酸交替酸化洗滌，以洗除膨潤土組分。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述氫氟酸體積濃度為10 20%。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述鹽酸體積濃度為6 15%。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于吸附了染料的膨潤土采用染料/印染廢水處理中吸附了染料的膨潤土。
8.一種類石墨烯結構的納米碳材料，其特征在于采用權利要求1 7任一項所述的制備方法制備。
全文摘要
本發明公開了一種類石墨烯結構的納米碳材料的制備方法，包括以下步驟將吸附了染料的膨潤土依次進行干燥、粉碎、碳化、酸化洗滌、干燥，得類石墨烯結構的納米碳材料。本發明以廢棄膨潤土為原料，通過簡單的方法制備得到一種具有較大比表面積的新型納米層狀碳材料，同時為解決吸附染料后膨潤土的資源化回收利用提供了新途徑，實現了廢水處理后的膨潤土資源化利用，從而有助于推動膨潤土在染料/印染廢水處理中的應用。
文檔編號C01B31/02GK103058168SQ201210581340
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者朱潤良, 陳情澤, 周青, 朱建喜, 何宏平 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所