[发明专利]能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳及制备方法与应用。本发明以蔗渣分级多孔碳为原料，以弱酸为溶剂，经过氧化处理后分段接枝超支化胺和有机小分子胺，制备兼具高比表面积的分级多孔结构和化学共价键合有机胺的吸附材料。通过充分利用其孔结构的物理吸附和有机胺的化学吸附，该材料即使在痕量浓度下也能高效吸附去除水体中的汞离子，在含汞废水环境修复和/或超净高纯试剂制备中有应用前景。

技术领域

本发明涉及甘蔗渣基多孔碳材料的制备和胺化改性领域，特别涉及一种能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳及制备方法与应用。

背景技术

重金属离子尤其是汞及其化合物，是一种剧毒、高挥发性的神经毒物，能在生物体内持续累积，对人体健康和生态环境的危害性都非常大。近年来，由汞及其化合物所造成的环境污染问题日益严重。虽然现有的排放要求为50ppb以下，但现有除汞工艺仍不能满足排放要求，如果考虑到超净高纯试剂中低浓度和痕量重金属汞的去除，其对超低浓度的要求更高，因为浓度越低，越难去除，因此亟待改进含汞废水的处理方法或开发新型吸附材料。

含汞废水的处理方法很多，如化学沉淀法、电解法、混凝法、活性炭吸附法、还原法和电解法等，但这些方法的一个共同缺点是不能将重金属离子的剩余浓度降到较低的水平。离子交换和螯合吸附能处理较低浓度的重金属离子废水，其中螯合纤维是含有特殊功能基团的离子吸附纤维，它利用纤维上的特殊基团吸附金属离子，具有吸附速度快、吸附容量高、选择性好、易洗脱、容易再生等优点，最重要的是它能将重金属离子的剩余浓度降低至2μg/L以下，达到饮用水的安全标准。

超净高纯试剂是超大规模集成电路进行蚀刻的关键工艺化学品，主要用于芯片清洗腐蚀及硅片的清洗，其纯度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。对超净高纯试剂中低浓度或痕量重金属离子如汞的去除一直是难点，不管是多孔材料还是小分子胺改性纤维材料，所有处理方法共同的缺点是不能将汞完全吸附去除。

在众多吸附剂中，多孔碳材料，由于具有三维连通的孔道，高的比表面积和机械强度高等优点，且能进行表面改性，成为了人们研究的重点。据报道，胺基对重金属离子如汞具有很强的结合力，近年来，越来越多的研究者将有机胺用作改性剂，通过浸渍或接枝的方法对多孔材料的孔结构进行修饰，浸渍法制备的有机胺吸附剂吸附容量大，但由于载体和有机胺之间作用力较弱，且在吸附过程中不断溶出。接枝法由于是以化学共价键合的方式，结合牢固，并且热稳定性好，但在常规接枝改性方面有诸多不好的因素引入，如制备的过程产生有毒废气，且接入的胺基有限，吸附容量不高，对痕量重金属离子的去除不够彻底。因此，仍需进一步对吸附剂进行改进。

发明内容

本发明的首要目的在于利用蔗渣经过在生长过程中自然进化形成的高效分级多孔结构，通过炭化活化、表面活化和胺化改性，提供一种能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳的制备方法。该方法的优势在于蔗渣材料经过炭化和活化后依然保留了蔗渣自然分级的多孔结构和气道，呈褶皱和沟槽状，且多孔碳表面和内部含有很多微孔、介孔和连通孔，连通孔除了有利于吸附质的传质和扩散，也提供了后续胺化改性的反应空间，制备的胺化改性蔗渣基多孔碳材料结合了物理吸附和化学吸附的特性，是一种优良的去除低浓度汞的吸附材料。另外，利用温和可控的表面氧化活化技术，得到兼具含氧活性官能团和高比表面积的多孔碳基体，然后，采用分段接枝的方法先接枝超支化胺，然后再接枝小分子胺以进一步提高孔的利用率和有效胺基含量。利用多孔炭的物理吸附捕获和有机胺的化学吸附共价结合产生协同作用对痕量汞进行无死角吸附去除，极大提升蔗渣分级多孔碳对汞的吸附去除效果，在低浓度含汞废水和超净高纯试剂等重金属吸附领域有较好的应用前景。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳。

本发明的再一目的在于提供上述能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳的制备方法，包括如下步骤：