[发明专利]一步水热法制备胺基功能化炭材料吸附剂

说明书

技术领域

本发明涉及碳基复合吸附材料的制备和应用技术领域，确切地说是一种用于水体中剧毒污染物Cr(VI)吸附的胺基功能化炭材料吸附剂的制备方法。

背景技术

铬污染主要来源于蹂革、采矿、钢与合金、染料和颜料制造等生产行业。工业废水中Cr(VI)的浓度一般在50～250mg/L。六价铬可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径侵入入体，主要聚集在肝肾和内分泌腺中，引起慢性中毒，导致局部器官损坏进并进一步恶化，严重危害入类健康。在众多Cr(VI)的去除方法中，基于活性炭基吸附材料的吸附法具有操作简单和去除率高等优点，因而受到关注。

传统活性炭主要来自煤等不可再生的化石燃料，其制备过程中存在环境污染问题。生物质资源作为可再生碳源，具有来源广、价格低、可再生和环境友好等优点，因而从生物质制备炭材料吸附剂，包括碳微球逐渐受到关注。例如，童寒轩等人(童寒轩,施秧君,马剑华.水热法利用山核桃蒲壳制备活性炭的研究[J].辽宁化工,2015,44(1):1-3.)将一定量的山核桃壳放入不锈钢高压釜中，密封后放入马弗炉中，在600℃下碳化5h后取出；取0.5g碳化产物充分研磨后放入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，加入25mL、1mo1/L的NaOH溶液，密封后在180℃下活化l0h，产物用去离子水洗涤3次后烘干，制得所述的活性炭。将0.05g该活性炭加入到50mL、10-5mo1/L亚甲基蓝溶液当中，吸附平衡后，测得亚甲基蓝的褪色率为99.8％。再如，胡建军等人(胡建军,周书喜,王强.胶体碳微球的活化及其亚甲基蓝液相吸附性能的研究[J].化工新型材料,2009,37(6):55-57.)报道了一种用于亚甲基蓝吸附的碳微球的水热制备方法，将40mL、1g/mL的葡萄糖溶液装入到50mL内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在180℃下反应4h后，洗涤干燥后，在一定温度和N₂保护条件下，对炭材料进行热处理，处理温度为700℃。后将其于与一定量的活化剂混合，在800℃下活化，所得产物对亚甲基蓝的吸附量可达1.33mmol/g。但上述报道的炭材料制备方法都需要对原料进行高温热处理，能耗大，且工艺复杂。

在各种炭材料的制备方法中，水热法具有以下优点：(1)设备简单，水热过程容易控制；(2)产物含有丰富的羧基和羟基等含氧基团；(3)水热温度、水热时间、反应物种类和浓度以及pH等过程因素可以定向调控，制备出具有特定晶型、形貌和粒径的产物。

对炭材料进行胺基功能化改性以改善其吸附性能的方法已有报道，例如Zhang等人(Zhang L,Chang X J,Li Z H,He Q.Selective solid-phase extraction using oxidized activated carbon modified with triethylenetetramine for preconcentration of metal ions.Journal of Molecular Structure,2010,964(1-3),58-62.)将用盐酸纯化的活性炭加入浓硝酸中氧化后，得到表面具有羧基的活性炭，干燥后将其分散在三乙基四胺(TETA)溶液中，随后加入二环己基碳二亚胺，在120℃下搅拌48h，得到TETA功能化的活性炭，并且考察了K(I)、Na(I)、Ca(II)、Zn(II)、Cd(II)、Mn(II)、Ni(II)、Co(II)、Cu(II)和Hg(II)等共存离子的影响，证明了TETA功能化的活性炭对Cr(VI)、Fe(II)和Pb(II)具有较好的选择吸附性能，对它们的吸附容量分别为34.6mg/g、36.56mg/g和51.9 6mg/g。但该方法制备的吸附材料的吸附容量较低，且制备工序较多，制样过程中使用的浓酸对环境也有一定污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种原料价廉、工艺简单、能耗低、对Cr(VI)吸附性能优异的胺基功能化炭材料的一步制备方法。所制备的吸附剂对Cr(VI)的吸附量大、吸附速率快，循环吸附性能好。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

将12g的糖类化合物，溶解在去离子水中，加入一定量的有机胺，室温下搅拌20min配成混合液；随后将上述混合液转移至100ml内衬聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应完成后，自然冷却至室温，得到含有胺基功能化炭材料的棕色产物。将上述棕色产物通过水和乙醇多次洗涤，至滤液澄清无色后，在60℃烘箱干燥12h，即得到胺基功能化炭材料吸附剂。

所述的糖类化合物为蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉中的一种；