[發明專利]對銅離子具有選擇性吸附的碳基吸附材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510056008.4
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104587969A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 石磊;彭維;程舸;劉曉梅;謝珍珍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 趙炳仁

技術領域

本發明涉及一種由離子印記技術，制備對銅離子有選擇性吸附性能的碳基吸附材料的合成方法，該方法所獲得的含有氨基的碳基吸附材料可以用于水體系選擇性提取或去除銅離子。

背景技術

近年來，隨著經濟和工業的快速發展，面臨著資源利用與環境污染的全球化危機。有毒重金屬離子的過度使用，不可避免地要將它們排入到水、陸地和生物環境中，帶來了嚴重的環境污染問題。其中，含重金屬離子工業廢水的排放是造成環境污染的一個主要因素，重金屬離子具有致癌、致殘、致畸等危害，但價格昂貴，如能有效處理、回收再利用也具有重要的意義。從工業廢水中除去有毒重金屬離子常用的方法是基于離子吸附或通過形成不溶的復合物，然后以沉淀物形式進行分離。其中，通過吸附的方式對重金屬離子進行處理是目前較為廣泛使用的一種方法。

在眾多重金屬當中，銅應用的比較廣泛，含銅的廢水嚴重威脅人類健康及水生生物的生存環境，因此，如何無害化處理含銅離子廢水已是當前亟待解決的問題。現階段處理含銅離子廢水的方法主要有化學沉淀法，離子交換法，電解法，反相滲透法等。這些方法中有的因為低吸附效率，高額的耗費，不能廣泛的應用于環境污染的治理中。吸附法因為其低耗費，對低濃度金屬離子有較高吸附及去除效果，被認為是一種很有應用前景的處理方法。吸附材料的種類有很多，包括沸石，硅膠，生物質，黏土，活性碳和聚合物等。從原理上講，螯合材料對重金屬離子(銅，鋅，鉻等)有很好的吸附性能，其中，氨基官能團能夠非常有效地從廢水中吸附重金屬離子，但從混合金屬離子中分離出目標離子的選擇性還不夠理想。為了提高選擇吸附技術，需要選擇對目標離子具有強吸附作用的官能團，并構建合適的空間結構，才能實現選擇性吸附。

通過功能前體和交聯劑在離子模板的存在下聚合，當模板離子被去除后，會留下和模板離子形狀和化學性質相似的選擇性吸附位點。這種硬模板印記方法制備出的吸附材料可以選擇性地吸附印記(模板)離子，印跡后的聚合物對混合體系中的印記離子具有更好的親和性。離子印跡技術由于在合成過程中形成特殊大小結構和配位環境，保留了其“記憶效應”，所以還可以提高對印記離子的吸附選擇性。通過離子印跡途徑制備的聚合物可應用在選擇性富集和分離金屬離子過程中，這種基于氨基功能材料的印跡技術也可用于大分子表面的改性。但目前在上述的合成過程中，不僅使用了有毒、有害的引發劑和表面活性劑，制備出的吸附材料其選擇性吸附系數還不夠理想。

水熱合成法是一種材料合成的常用方法，是在亞臨界或超臨界水熱條件下完成的，反應物以分子狀態進行反應因而效率高。水熱反應的成核機理與固相反應的擴散機制不同，因而，可以制備出粒徑均一的材料。水熱合成不僅反應條件溫和、易控、節能、污染少，而且具有價態穩定作用與非氧嵌入等特點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對銅離子具有選擇性吸附的碳基吸附材料的制備方法，該方法步驟簡單、快速、高效，所獲得的對銅離子具有高選擇吸附性能的含有氨基的碳基吸附材料可用于水體系中選擇性提取或去除銅離子。

本發明方法，是將四乙烯五胺(TEPA)、氯化銅、葡萄糖按1:1:3～1:1:10摩爾比混合攪拌均勻后，裝入反應釜，于180℃反應15小時，得到的固體物用0.01mol/L的EDTA溶液反復浸泡、洗滌，最后用無水乙醇進行洗滌，至濾液無色透明，洗滌后的固體物在80℃烘干，即獲得所述含有氨基的碳基吸附材料。當四乙烯五胺、氯化銅、葡萄糖按1:1:5摩爾比混合時，所制得的含有氨基的碳基吸附材料，對銅離子的吸附容量最大。

本發明提供了一種步驟簡單、快速、高效的制備對銅離子具有選擇性吸附能力的碳基吸附材料的方法，制得的含有氨基的碳基吸附材料性能優異，對銅離子吸附的最佳pH＝5，吸附平衡時間為300min。在上述條件下，這種銅離子印跡碳基吸附材料對銅離子的最大吸附容量為33.3mg/g。在Cu²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺體系中，銅離子印跡碳基吸附材料對銅離子的吸附率達到84.4％，對其他四種離子的吸附率均較小，在五種離子共存體系中，Cu²⁺對Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺離子的選擇性吸附系數分別為31.8、90.2、38.6、36.1，表明本發明方法得到的碳基吸附材料對銅離子具有非常高的吸附選擇性。