[发明专利]一种以石蜡油脱色废土为原料制备空心碳吸附剂的方法和应用

说明书

本发明公开了一种以石蜡油脱色废土为原料制备空心碳吸附剂的方法和应用，本发明以石蜡油脱色废土为原料，先采用两步升温法，通过对温度的控制以及对形态的控制，仅通过石蜡油脱色废土，构建出核‑壳结构的纳米级SiO₂/碳复合物，将制备得核‑壳结构的纳米级SiO₂/碳复合物先采用高氯酸进行表面活化和氧化处理，然后再使用氟化钾对二氧化硅核进行腐蚀去除，从而形成空心碳材料，不仅可以显著提高碳材料吸附能力，同时对碳材料进行氟掺杂，使最终制得的空心碳吸附剂具有双亲(亲水和亲油)性能，适用于多种废水(包括含油废水)中的金属离子或有机物污染物的吸附处理，具有优异的吸附效果。

技术领域

本发明属于工业固体废弃物-石蜡油脱色废土的资源高值化应用领域，特别涉及一种纳米级空心碳吸附材料的制备方法。

背景技术

石蜡油脱色废土是活性白土对粗石蜡油进行精制处理后的一种固体废弃物，主要含有硅酸盐、焦质和沥青质等杂质，其中焦质和沥青质等含碳杂质是制备碳吸附材料的来源之一。目前，主要通过填埋和焚烧来处理石蜡油脱色废土，这严重污染水生态系统和大气环境。如何充分利用石蜡油脱色废土中的硅酸盐、焦质和沥青质等无机物-有机物来制备碳基吸附材料，实现石蜡油脱色废土资源的高值化利用具有重要的实践意义和应用价值。

目前，有关石蜡油脱色废土资源化利用的研究报道较少，其中大多数通过炭化作用使脱色白土中的有机物形成多孔碳材料，其中“中国专利CN201910639883.3一种以石蜡油脱色废土制备高效吸附材料的方法及其应用”等现有技术中利用石蜡油脱色废白土中残留的有机质作为碳源通过高温热解，形成碳吸附材料。然而，在这些研究中，关于采用脱色废土来制备纳米级空心碳球吸附材料未见报道。其中这些碳吸附材料大多仅涉及水溶液中的污染物吸附，而对于有机溶剂中或含油废水中的污染物，要求吸附剂不仅具有更大的比表面积外，还需要其具有一定的油亲和力，从而更多的接触油性体系，提高油性体系中的污染物的吸附效率。因此，本发明提出了一种基于石蜡油脱色废土制备的碳吸附材料，皆适用于多种废水(包括含油废水)中的金属离子或有机物污染物的吸附。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明旨在提供一种以石蜡油脱色废土为原料制备一种纳米级空心碳吸附材料的制备方法，以及研究了该空心碳吸附材料的具体应用。

本发明采用的技术方案包括如下特征步骤：

1、将石蜡油脱色废土和强碱混合均匀后，置于管式炉中，其中强碱与石蜡油脱色废土质量之比为0.05～0.15:1，在氮气气氛下，将管式炉内温度升温至250℃～350℃，在此温度下保温1～2小时；然后迅速通入二氧化碳(CO₂)气体，继续升温至600℃～800℃，在此温度下热解2～4小时，即制得一种核-壳结构的纳米级二氧化硅(SiO₂)/碳复合物；

步骤1所述的强碱为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种；

进一步，本发明采用分步升温的方法，先升温至250℃～350℃进行保温处理，此时焦质和沥青质等杂质可形成黏流态有机物，同时强碱与白土反应生成的硅酸盐分散于黏流态有机物中；进而升温至600℃～800℃，在CO₂气氛条件下黏流态有机物进一步热解形成碳层同时CO₂与硅酸盐反应生成二氧化硅(SiO₂)颗粒，最终构建得到核-壳结构的SiO₂/碳复合物，且该复合物为纳米级，更有利于提高吸附材料的比表面积。

2、一边搅拌，一边将步骤1所制得的纳米级SiO₂/碳复合物加入到质量百分浓度为10％～20％的高氯酸溶液中，其中纳米级SiO₂/碳复合物与高氯酸溶液质量比为0.05～0.15:1，继续搅拌1～2小时后，过滤、洗涤至滤液pH＝5.5～6.5，然后将所制得的滤饼重新分散于质量百分浓度为15％～25％的氟化钾溶液中，继续搅拌反应30～90分钟，过滤、洗涤至滤液pH＝7.5～8.5，干燥，即制得一种空心碳吸附剂材料。