[发明专利]一种高效胺基功能化碳复合吸附剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效胺基功能化碳复合吸附剂的制备方法，该方法如下：将蔗糖、有机胺、过硫酸铵(APS)的混合水溶液进行水热反应，一步制得对Cr(VI)离子具有较高吸附性能的胺基功能化碳复合吸附剂。本发明通过在反应液中添加少量APS，显著提高了该吸附剂对废水中Cr(VI)离子的吸附量。与不添加APS时制备的样品相比，添加APS后制备的胺基功能化碳复合吸附剂对Cr(VI)离子的吸附量提高了14.9‑60.1mg/g，增幅为13.6‑238.7％。

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料领域的制备技术，具体是一种提高氨基功能化碳复合吸附剂对水中重金属离子吸附性能的方法。

背景技术

去除工业废水中的重金属离子是水污染治理中的难题之一，用吸附剂将重金属离子富集后再从水中分离出来是一种较为经济有效的方法。性能优良的吸附剂可以有效的去除废水中的重金属离子，使废水中的重金属离子的浓度降到规定的排放标准以下。

活性碳是一种被广泛使用的高效吸附剂，也被用于重金属离子的吸附，但通常使用的活性炭需要在800-2000℃活化后才具备较好的吸附性能，活化过程需要在惰性气体保护下进行，对资源、能源的消耗都较高。因此，开发出一种制备过程简单、条件相对温和，并且具有优异吸附性能的碳基吸附剂受到了研究者的极大关注。

活性碳表面含有丰富的羟基、羧基、羰基等含氧官能团，对Pb²⁺、Cd²⁺等重金属阳离子具有较好的吸附效果，但对CrO₄^2-等重金属阴离子的吸附效果欠佳，在酸性环境中，其对重金属离子的吸附也会被削弱。针对活性碳吸附剂在制备和应用中的不足，研究者们通过在碳材料中引入N、S、P等其他元素，制得碳基复合吸附剂。杂原子的引入改变了碳材料表面官能团的种类和性质，改善了材料对重金属离子的吸附性能，并且在酸性条件下也可以达到较好的吸附效果。

近年来，对碳材料表面用有机官能团改性的报道较多，经过胺基、巯基、膦基功能化的碳复合吸附剂吸附性能明显改善，还提高了碳材料在水中的分散性和稳定性。对碳质材料改性可选用多种有机胺和巯基、膦基化合物(刘榆,傅瑞琪,楼子墨,方文哲,王卓行,徐新华.功能化碳质材料的制备及其对水中重金属的去除[J].化学进展,2015,27(11):1665-1678.)，而在实践中，因为巯基、膦基化合物通常有比胺基化合物更强烈的恶臭，因此选用胺基来改性碳材料更为常见。中国专利文献CN103608288B公开了一种经异氰酸酯基或胺基改性的碳复合吸附剂，将含N基团键合在石墨烯类碳材料上，提高了改性碳材料对水的分散性。中国专利文献CN106179208A公开了一种纳米铁负载胺基改性生物碳复合吸附剂，氨基改性提高了碳材料表面特性和反应活性，使负载纳米铁后的复合吸附剂性质更稳定，吸附量更高，可用于重金属Cd的降解处理。

APS具有强氧化性，可用于增加碳材料表面含氧官能团的数量，Aguilar等人报道了一种用APS和稀硫酸氧化碳纤维的方法，提高了材料表面羟基和羧基的数量，使氧化后的吸附剂对Pb(II)的吸附量有明显提高(Aguilar K M M,Amano Y,Machida M.Ammoniumpersulfate oxidized activated carbon fiber as a high capacity adsorbent foraqueous Pb(II)[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2016,4(4),4644-4652.)。Bhadra等人用类似的方法获得了表面改性的氧化活性炭，对水中双氯芬酸钠的吸附量提高了6倍(Bhadra B N,Seo P W,Jhung S H.Adsorption of diclofenacsodium from water using oxidized activated carbon[J].Chemical EngineeringJournal,2016,301:27-34.)。张鹏等人也以该方法获得了氧化活性炭，提高了其对咪唑类离子的吸附效果(张鹏,赵瑰施,张玲,郑寿荣.改性活性炭吸附咪唑类离子液体的效果[J].安徽农业科学,2017,45(19):69-72.)。