一种过渡金属掺杂的碳微球及其制备方法与应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112337432A(43)申请公布日2021.02.09(21)申请号202011214465.9(22)申请日2020.11.03(71)申请人广州大学地址510006广东省广州市番禺区大学城外环西路230号(72)发明人蔡卫权刘裴(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人雷月华(51)Int.Cl.B01J20/20(2006.01)B01J20/30(2006.01)B01J20/28(2006.01)C02F1/28(2006.01)C02F101/22(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种过渡金属掺杂的碳微球及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种过渡金属掺杂的碳微球及其制备方法与应用。所述的过渡金属掺杂碳球具有均一的实心多孔结构，过渡金属均匀分布在碳球内部。其制备方法包括，一步水热法制备锰、钒、钼、钨均匀掺杂的碳微球，然后通过与草酸钾混合后，于保护气氛中焙烧处理得到活化的金属掺杂碳球。其中掺杂的过渡金属元素在焙烧后仍保持均匀分散状态，没有发生聚集。所制得的过渡金属掺杂碳微球对重金属离子Cr(VI)表现出良好的吸附性能，最大吸附量可达660.7mg/g；对初始浓度低于200mg/L的含Cr(VI)废水中可实现深度去除，吸附后的Cr(VI)残留浓度低于0.05mg/L，显示了其在重金属废水处理领域中的良好应用前景。CN112337432ACN112337432A权利要求书1/1页1.一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，包括以下步骤：将蔗糖、过渡金属酸盐和过硫酸盐在水中混合，转入水热釜内，180℃下进行水热反应4h；反应产物经冷却、洗涤、分离后，干燥，得到碳微球；然后将碳微球和草酸钾混合，在气体保护下，加热到600～800℃焙烧1～3h，得到过渡金属掺杂碳球。2.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述的过渡金属酸盐包括高锰酸钾、原钒酸钠、二水钼酸钠和二水钨酸钠中的至少一种；所述的过硫酸盐为过硫酸铵。3.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述蔗糖添加量为4质量份，过渡金属酸盐添加量为1～4质量份，过硫酸盐的添加量为1～5质量份。4.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述碳微球添加量为1质量份，所述草酸钾添加量为1～4质量份。5.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述焙烧，以1～5℃/min的升温速率加热到600～800℃。6.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述焙烧过程是在700℃下焙烧2h。7.根据权利要求1所述的一种制备过渡金属掺杂碳球的方法，其特征在于，所述焙烧在氮气或惰性气体保护下进行。8.一种由权利要求1-8任一项所述方法制得的过渡金属掺杂碳球。9.权利要求9所述的过渡金属掺杂碳球在吸附废水中Cr(VI)的应用。2CN112337432A说明书1/6页一种过渡金属掺杂的碳微球及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明属于吸附分离材料技术领域，具体涉及一种过渡金属掺杂的碳微球及其制备方法与应用。背景技术[0002]目前，水污染问题日益突出，其中金属加工等行业中的Cr(VI)等重金属离子的污水因其毒性强，容易渗入土壤，进入食物链等而受到关注。重金属离子污水的治理方法有很多，其中，吸附法去除重金属离子具有操作简便、成本低、实用性强等优点。但一般的吸附剂难以实现污水中重金属离子的深度去除。因此，同时具备高吸附量和痕量去除效果的吸附剂成为研究中的一大难点。[0003]活性碳材料是一类常用的吸附剂，但其对痕量存在的Cr(VI)也无法去除完全。通过对活性炭材料的掺杂可以极大的拓展其吸附性能，目前文献报道的掺杂的方案多集中在氮、磷等非金属元素的掺杂上，对金属元素掺杂碳材料的报道较少。[0004]过渡金属因其特有的外层电子结构使其具有多种特性。一些在自然界中分布广泛、无毒害、价格低廉的过渡金属被广泛的应用于制备复合碳材料，用于超级电容器电极、锂离子电池载体、氧化还原反应催化剂、吸波材料等，也可以用于水中污染物的吸附和降解。过渡金属的均匀参杂，既可以体现碳材料的特有的导电、传质、稳定等优良的物理化学性质，还可以通过金属元素掺量的调节来实现其在催化、吸附、电化学等领域，具有广阔的应用前景。特别地，过渡金属与碳材料形成球形复合材料会大大增加复合材料的机械稳定性。[0005]本发明重点关注锰(Mn)、钒(V)、钼(Mo)和钨(W)等过渡金属与碳球的掺杂。以Mn为例，其与碳球的复合有多种途径，可以通将碳源、锰盐进行水热反应制得，也可以用孔体积