本发明涉及空气净化技术领域，具体为一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球和制法。
背景技术：
大气污染是当代社会的四大污染之一，主要是工业生产和人类活动导致过多的有害气体散发的空气中，如二氧化碳、二氧化硫、甲醛等，其中过量的二氧化碳已经引起严重的温室效应，导致全球变暖、海平面上升等现象，对自然生态环境和人类生存造成了破坏和威胁，而甲醛作为一种有毒致癌气体，在广泛存在于胶黏剂、油漆、涂料等装修建材材料中，对室内环境和人体健康有很大影响，目前对于这些有害气体最有效解决的方法是吸附法，吸附材料主要有活性炭、mofs材料、微孔聚合物等，可以通过分子间作用力、物理吸附、化学吸附等方法对二氧化碳、甲醛等有毒气体进行吸附。
目前应用最广泛的传统吸附材料是活性炭材料，具有大量的孔隙结构、高比表面积、吸附能力好、化学性质稳定、来源广泛、制法多样等特点，但是传统的活性炭材料对二氧化碳、甲醛等气体的吸附性能仅限于物理吸附，分子间作用力较弱，难以高效对其吸附，因此需要对活性炭材料进行改性，引入活性吸附位点，结合物理吸附和化学吸附两者的优势，得到吸附性能优异的活性炭材料，可以在活性炭基体中引入碱性吸附位点，如供电子体含氮官能团、酸性含氧官能团等。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球和制法，解决了传统的活性炭材料对二氧化碳和甲醛地吸附性能不高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，所述应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球的制法包括以下步骤：
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0-5℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1-2h，在滴加β-环糊精的水溶液，进行亲核取代反应，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应1-3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，将油相滴加进入水相，进行反相乳液聚合过程，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，进行水热碳化反应，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中制孔碳化处理，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，搅拌进行氧化改性处理，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
优选的，所述步骤(1)中氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为12-40:20-60:100。
优选的，所述步骤(1)中亲核取代反应在10-25℃下反应48-96h。
优选的，所述步骤(2)中氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为70-110:100:120-180:150-250:50-80。
优选的，所述步骤(2)中反相乳液聚合过程在60-80℃下，反应6-12h。
优选的，所述步骤(3)中水热碳化反应在180-220℃下，反应18-36h。
优选的，所述步骤(4)中制孔碳化处理在700-850℃下进行2-4h。
优选的，所述步骤(4)中碳球前驱体和氢氧化钾的质量比为100:40-100。
优选的，所述步骤(5)中硝酸溶液的浓度为50-80％。
优选的，所述步骤(5)中氧化改性处理在20-40℃下进行18-30h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下的化学机理和有益技术效果：
该一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，氢氧化钠活化2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪的氯原子，然后进攻β-环糊精的羟甲基，发生亲核取代反应，生成苯基三嗪环修饰环糊精，在环氧氯丙烷的交联作用下，通过反相乳液聚合过程，使苯基三嗪环修饰环糊精自交联，形成三嗪环基环糊精交联微球，具有三维空间网络结构，具有大量的孔道结构，比表面积更大，以环糊精微球作为碳源，三嗪环作为氮源，经过水热碳化和高温制孔处理，得到介孔结构丰富、比表面积巨大的氮掺杂介孔碳球。
该一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，氮掺杂在碳球基体中形成碱性的吡咯氮、吡啶氮等含氮官能团，并通过控制2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪的接枝率，来调控含氮官能团的含量，由于氮原子含有孤对电子，可以作为电子受体，提高碳球的表面极性，增强对co2和甲醛等的分子间作用力，使氧化改性氮掺杂介孔碳球对co2表现出优异的吸附活性，进一步提高硝酸对氮掺杂介孔碳球进行氧化处理，在氮掺杂介孔碳球表面引入丰富的羧基，而甲醛分子中的羰基存在孤对电子，可以与作为lewis酸的缺电子羧基发生作用，形成吸附态甲醛，从而高效的吸附甲醛分子。
附图说明
图1是2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的反应示意图。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球制法包括以下步骤：
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0-5℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1-2h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为12-40:20-60:100，在10-25℃下进行亲核取代反应48-96h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应1-3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为70-110:100:120-180:150-250:50-80，将油相滴加进入水相，在60-80℃下，进行反相乳液聚合过程6-12h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在180-220℃下，进行水热碳化反应18-36h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:40-100的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在700-850℃下制孔碳化处理2-4h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为50-80％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在20-40℃下搅拌进行氧化改性处理18-30h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
实施例1
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为12:20:100，在10℃下进行亲核取代反应48h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应1h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为70:100:120:150:50，将油相滴加进入水相，在60℃下，进行反相乳液聚合过程6h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在180℃下，进行水热碳化反应18h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:40的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在700℃下制孔碳化处理2h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为50％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在20℃下搅拌进行氧化改性处理18h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
实施例2
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在5℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理2h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为22:35:100，在25℃下进行亲核取代反应72h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为85:100:140:180:60，将油相滴加进入水相，在70℃下，进行反相乳液聚合过程12h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在220℃下，进行水热碳化反应24h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:60的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在800℃下制孔碳化处理4h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为80％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在20℃下搅拌进行氧化改性处理30h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
实施例3
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在2℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1.5h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为30:50:100，在20℃下进行亲核取代反应72h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应2h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为100:100:160:220:70，将油相滴加进入水相，在70℃下，进行反相乳液聚合过程8h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在200℃下，进行水热碳化反应24h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:80的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在800℃下制孔碳化处理3h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为70％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在30℃下搅拌进行氧化改性处理24h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
实施例4
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在5℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理2h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为40:60:100，在25℃下进行亲核取代反应96h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为110:100:180:250:80，将油相滴加进入水相，在80℃下，进行反相乳液聚合过程12h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在220℃下，进行水热碳化反应36h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为1:1的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在850℃下制孔碳化处理4h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为80％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在40℃下搅拌进行氧化改性处理30h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
对比例1
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为6:10:100，在25℃下进行亲核取代反应72h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应2h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为55:100:100:120:40，将油相滴加进入水相，在60℃下，进行反相乳液聚合过程12h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在180℃下，进行水热碳化反应18h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:20的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在850℃下制孔碳化处理2h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为40％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在40℃下搅拌进行氧化改性处理18h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
对比例2
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1h，在滴加β-环糊精的水溶液，控制氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为55:80:100，在25℃下进行亲核取代反应96h，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精。
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，控制氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为125:100:200:280:90，将油相滴加进入水相，在70℃下，进行反相乳液聚合过程6h，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球。
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，在220℃下，进行水热碳化反应18h，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体。
(4)将质量比为100:120的碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中，在850℃下制孔碳化处理2h，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球。
(5)向反应烧瓶中加入浓度为70％的硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，在40℃下搅拌进行氧化改性处理30h，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
fbt-9型比表面积仪测试氧化改性氮掺杂介孔碳球的比表面积。
使用iga智能重量分析仪测试氧化改性氮掺杂介孔碳球对co2的吸附性能，测试压力为20bar，测试温度为25℃。
使用iga智能重量分析仪测试氧化改性氮掺杂介孔碳球对甲醛的吸附性能，测试压力为20bar，测试温度为25℃。
1.一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球的制法包括以下步骤：
(1)向反应烧瓶中加入蒸馏水和氢氧化钠，在0-5℃下加入2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪，预处理1-2h，在滴加β-环糊精的水溶液，进行亲核取代反应，过滤溶剂，依次使用蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到苯基三嗪环修饰环糊精；
(2)向反应烧瓶中加入蒸馏水、氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精和环氧氯丙烷作为水相，进行交联反应1-3h，向液体石蜡中加入乳化剂司盘80和吐温20作为油相，将油相滴加进入水相，进行反相乳液聚合过程，离心分离除去溶剂，依次使用蒸馏水、乙醇和丙酮洗涤产物，得到三嗪环基环糊精交联微球；
(3)向锥形中加入蒸馏水和三嗪环基环糊精交联微球，超声分散处理后，将溶液倒入水热反应釜中，进行水热碳化反应，离心分离除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤产物，得到氮掺杂碳球前驱体；
(4)将碳球前驱体和氢氧化钾混合均匀，放入管式升温炉中制孔碳化处理，稀盐酸和蒸馏水洗涤产物至中性，得到氮掺杂介孔碳球；
(5)向反应烧瓶中加入硝酸溶液和氮掺杂介孔碳球，超声分散处理后，搅拌进行氧化改性处理，过滤溶剂，蒸馏水洗涤产物，得到应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球。
2.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(1)中氢氧化钠、2-氯-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪和β-环糊精的质量比为12-40:20-60:100。
3.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(1)中亲核取代反应在10-25℃下反应48-96h。
4.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(2)中氢氧化钠、苯基三嗪环修饰环糊精、环氧氯丙烷、乳化剂司盘80和吐温20的质量比为70-110:100:120-180:150-250:50-80。
5.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(2)中反相乳液聚合过程在60-80℃下，反应6-12h。
6.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(3)中水热碳化反应在180-220℃下，反应18-36h。
7.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(4)中制孔碳化处理在700-850℃下进行2-4h。
8.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(4)中碳球前驱体和氢氧化钾的质量比为100:40-100。
9.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(5)中硝酸溶液的浓度为50-80％。
10.根据权利要求1所述的一种应用于空气净化的氧化改性氮掺杂介孔碳球，其特征在于：所述步骤(5)中氧化改性处理在20-40℃下进行18-30h。
技术总结