[发明专利]一种羧酸类配体修饰的水热炭材料及去除废水中重金属离子的方法

说明书

本发明公开了一种羧酸类配体修饰的水热炭材料及去除水中重金属离子的方法。该羧酸类配体修饰的水热炭材料由包括如下步骤的方法制备得到：将羧酸类配体与水热炭粉末混合球磨，洗涤并干燥后得到所述羧酸类配体修饰的水热炭材料。本发明的优点在于：本发明通过球磨法将常见配体修饰于水热炭表面，操作简单，可显著提升重金属离子的去除能力；水热炭具有价格低廉且环境友好特点，可广泛用于重金属污染的实际治理；本发明方法对不同重金属离子均具有普遍去除能力。

技术领域

本发明属于水污染控制领域，更具体地，涉及一种羧酸类配体修饰的水热炭材料及去除废水中重金属离子的方法，即一种对水热炭表面进行羧酸修饰，以增强其去除水中重金属离子的方法。该方法适用治理工业、农业和矿业等领域重金属污染。

背景技术

随着经济的快速发展，水环境污染问题逐渐引起社会各界的广泛关注。在诸多水环境污染物中，重金属离子通常具有强致癌性。不同于有机污染物，重金属离子无法通过生物或化学方法矿化，而逐渐累积在生物体内，因此，环境工作者们近年来正在发展绿色环境友好的水体重金属离子治理手段。

生物炭表面富含官能团，具有比表面积大、孔隙结构丰富的特点，已发展成为具有广阔应用前景的环境修复材料。根据生物炭的制备工艺，可将生物炭分为热解炭与水热炭。与传统高温热解获得的热解炭相比，水热炭通常在封闭体系(如不锈钢反应釜)内，以碳水化合物为原料，以水为反应介质，在一定的压力和温度(120～250℃)下，经过脱水、脱羧、芳构化等反应所获得的生物炭材料。与传统热解炭化方法相比，水热炭化法具有操作方便、所得材料分散性好、尺寸均一等优点，近年来已引起环境工作者们的广泛关注，并将其应用于环境修复。

但现有的水热炭依然存在着对重金属离子吸附能力较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决水热炭去除重金属离子效率低的问题，实现水体重金属离子的高效去除。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种羧酸类配体修饰的水热炭材料，该羧酸类配体修饰的水热炭材料由包括如下步骤的方法制备得到：

将羧酸类配体与水热炭粉末混合球磨，洗涤并干燥后得到所述羧酸类配体修饰的水热炭材料。

本发明中，所述羧酸类配体可选用本领域技术人员常规采用的羧酸类配体。作为优选方案，所述羧酸类配体选自丙二酸、丁二酸、己二酸、乙二胺四乙酸和柠檬酸中的至少一种。

本发明通过丙二酸、丁二酸、己二酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸中的至少一种对水热炭表面进行修饰，可强化水热炭界面配位吸附重金属离子过程。经试验验证，不同羧酸类配体修饰的水热炭材料都具有去除重金属离子的高性能。

本发明中，水热炭粉末可通过本领域常规技术手段获得。作为优选方案，所述水热炭粉末由包括如下步骤的方法制备得到：将粉碎后的生物质材料与水混合搅拌，在150-350℃下(更优选在180-200℃下)反应5-8h，干燥后得到所述水热炭粉末。上述生物质材料包括但不限于秸秆、落叶、核桃壳、稻壳、大麦壳、米糠、玉米芯。

具体地，所述水热炭粉末由包括如下步骤的方法制备得到：将生物质材料洗净、干燥、粉碎，过200目筛，保留粒径≤200目的生物质材料，然后将生物质材料与水置于聚四氟乙烯反应釜内胆中，经1.5-2.5h磁力搅拌，然后将混合物转移至高压反应釜中，在150-350℃下反应5-8h。反应结束后，通过水洗、乙醇洗涤固体去除灰分，并于50-70℃下干燥，获得水热炭粉末。

羧酸类配体修饰的水热炭材料的制备过程中，作为优选方案，所述羧酸类配体与所述水热炭粉末的重量比为1:50-200。

羧酸类配体修饰的水热炭材料的制备过程中，作为优选方案，所述球磨的时间为2-4h，球磨机的转速为300-600rpm。作为优选方案，干燥的温度为50-70℃。

具体地，所述羧酸类配体修饰的水热炭材料由包括如下步骤的方法制备得到：