[发明专利]吸附重金属离子的头发基炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种吸附重金属离子的头发基炭材料及其制备方法，属于炭材料技术领域。一种吸附重金属离子的头发基炭材料，是以头发为原料，将头发洗涤、干燥、剪短后，用活化剂活化、炭化后制得的。其中活化剂为氢氧化钾的乙醇溶液或者甲酸钾的丙三醇溶液。本发明以头发为原料制得孔结构单一的炭材料，制备方法简单，产品成本低廉，对重金属离子具有良好的吸附性能。

技术领域

本发明属于炭材料技术领域，涉及一种吸附重金属离子的头发基炭材料及其制备方法。

背景技术

重金属离子具有的高毒性、致畸性，且不能被微生物降解，在环境中只能发生各种形态之间的相互转化，既可以直接进入水体和土壤造成环境的直接污染，也可以在水体和土壤中相互迁移，造成各类环境的间接污染。

现有去除重金属离子主要的方法有化学沉淀法、氧化还原处理法、膜分离法、离子交换处理法、吸附法等。其中吸附法作为重要的物理化学方法，在重金属离子去除方面有着广泛的应用，而活性炭具有巨大的比表面与发达的孔道结构，使其具有良好的吸附性能，是目前最常用的一种重金属离子吸附剂。

制备炭材料的原料不仅影响孔道结构，还影响化学组成，对活性炭的最终性质有很大影响，而活性炭丰富的表面功能团可以显著提高活性炭的吸附性能。由于N原子与大多数重金属离子之间可以形成配位作用，因此含氮炭材料经常用于重金属离子吸附。

使用含氮生物质或者聚合物直接碳化是目前制备含氮炭材料的主要方法。人类头发97%是角质蛋白，含有丰富的氮元素，因此研发一种以头发为原料制备的炭材料，不仅可以变废为宝，成本低廉，而且对重金属离子具有良好的吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供以头发为原料制备的吸附重金属离子的头发基炭材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种吸附重金属离子的头发基炭材料，是以头发为原料，将头发洗涤、干燥、剪短后，用活化剂活化、炭化后制得的。

进一步地，所述的活化剂为氢氧化钾的乙醇溶液。

所述的活化剂为甲酸钾的丙三醇溶液。

更进一步地，上述吸附重金属离子的头发基炭材料的制备方法，步骤为：

（1）原料的处理：将头发洗涤、干燥、剪短，制得头发原料；

（2）活化：将头发原料在活化剂中浸泡活化20～26h；

（3）炭化：将活化后的原料过滤，然后置于炭化炉内，在N₂保护条件下从室温升温到500℃～600℃，保温2 h后冷却至室温，水洗至中性，即得。

所述的步骤2）中所述的活化剂为氢氧化钾的乙醇溶液，其中头发原料与氢氧化钾质量比为1:1～3，头发原料的质量与乙醇或丙三醇的体积比为10g：100 mL。

所述的步骤2）中所述的活化剂为甲酸钾的丙三醇溶液，其中头发原料与甲酸钾的质量比为1:1～3，头发原料的质量与丙三醇的体积比为10g：100 mL。

所述的步骤3）中在N₂保护条件下从室温以2℃/min的速率升温到290～310℃，再以1℃/min的速率升到500℃～600℃。

人类头发的主要成份是角质蛋白，而角质蛋白是由氨基酸所组成，含有丰富的N元素，由于N原子与大多数重金属离子之间可以形成配位作用，因此本发明以头发为原料制备含氮炭材料，用于重金属离子的吸附。利用本发明方法制得的炭材料具有发达的孔道结构与丰富的含氮量，其中SBET(m2/g)值为143.4-378.2，孔容0.158-0.283，孔径在2.06-3.7之间，含氮量为0.94-1.56，头发基炭材料所含的丰富的含氮功能基团以及发达的孔道结构，可实现活性炭对金属离子的吸附。