[发明专利]一种高价态金属离子吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高价态金属离子吸附剂及其制备方法和应用，包括螯合物改性碳材料、氧化铁和零价铁；所述氧化铁附着在螯合物改性碳材料表面；所述零价铁掺杂在螯合物改性碳材料内部；所述螯合物由碳材料表面的含氧基团与甲基三辛基铵阳离子螯合得到，所述含氧基团包括羧基、羟基和羰基中的一种或多种。本发明提供的高价态金属离子吸附剂在吸附高价态金属离子过程中，所述零价铁能够通过其磁性提高对高价态金属离子的吸附效果；螯合物改性碳材料表面的螯合物与高价态金属离子之间通过静电作用，能够提高对高价态金属离子的吸附效果。另外，本发明提供的高价态金属离子吸附剂可以循环利用。

技术领域

本发明涉及金属污染物治理领域，具体涉及一种高价态金属离子吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

高价态金属由于毒性大，难以被微生物降解和可通过食物链富集等特点，成为水污染领域亟待解决的难题。研究表明，水中高价态金属离子主要包括Cr⁶⁺、Co³⁺、Mn⁶⁺等。六价铬离子是毒性高的强致突变物质，可诱发肺癌和鼻咽癌等。

目前，高价态金属的处理主要有吸附法、化学沉淀法、离子交换树脂法、电化学法和膜处理法等。在上述方法中，吸附法应用较为广泛，常用的吸附剂包括活性碳、多孔硅胶、氧化铝和分子筛等，但是上述吸附剂对高价态金属离子的吸附率较低，无法满足对高价态金属离子吸附率的要求。

发明内容

本发明提供了一种高价态金属离子吸附剂及其制备方法和应用，本发明提供的高价态金属离子吸附剂对高价态金属的吸附率较高。

本发明提供了一种高价态金属离子吸附剂，包括螯合物改性碳材料、氧化铁和零价铁；所述氧化铁附着在螯合物改性碳材料表面；所述零价铁掺杂在螯合物改性碳材料内部；所述螯合物由碳材料表面的含氧基团与甲基三辛基铵阳离子螯合得到，所述含氧基团包括羧基、羟基和羰基中的一种或多种。

优选的，所述螯合物改性碳材料中螯合物和碳材料的质量比为5～15:100。

本发明提供了上述技术方案所述高价态金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水溶性铁盐和碳材料在水中混合，得到混合溶液；

(2)在氮气保护下，将硼氢化钠水溶液滴加到所述步骤(1)得到的混合溶液中进行还原反应，得到掺杂零价铁的改性碳材料；

(3)将所述步骤(2)得到的掺杂零价铁的改性碳材料表面的零价铁进行氧化反应，得到高价态金属离子吸附剂前驱体；

(4)将所述步骤(3)得到的高价态金属离子吸附剂前驱体与甲基三辛基氯化铵进行螯合反应，得到高价态金属离子吸附剂。

优选的，所述步骤(1)中水溶性铁盐和碳材料的质量比为1～10:1～5；所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管或活性碳。

优选的，所述步骤(2)硼氢化钠水溶液的浓度为10～100g/L；所述硼氢化钠水溶液滴加的速度为10～20mL/min。

优选的，所述步骤(3)中氧化为：向掺杂零价铁的改性碳材料中通入空气进行氧化反应，所述掺杂零价铁的改性碳材料的质量与空气的体积比为1～5g:10～100mL。

优选的，所述步骤(3)中氧化反应的温度为60～80℃，氧化反应的时间为30～60min。

优选的，所述步骤(4)中高价态金属离子吸附剂前驱体与甲基三辛基氯化铵的质量比为1～5:1。

本发明还提供了上述技术方案所述高价态金属离子吸附剂或者上述技术方案所述制备方法制备得到的高价态金属离子吸附剂在吸附高价态金属离子中的应用，所述高价态金属离子的价态在三价以上。