[發明專利]一種金屬鹽催化低溫水熱法制備碳微球吸附劑的方法

有效

• 申請號: 201610041624.7
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105582888B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 林曉艷;蔡華明;羅學剛
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 周慶佳

技術領域

本發明屬于生物質資源利用和生物質吸附材料技術領域，具體涉及一種金屬鹽催化低溫水熱法制備碳微球吸附劑的方法。

背景技術

節能、環保、核能開發和利用早已經深受中國，乃至全世界的高度重視。核工業產生的放射性廢水對生態環境的破壞除了化學毒性之外，還有放射性的影響，對植物和人類的生存和發展構成嚴重的威脅。因此開發新材料和新技術來處理廢水中鈾酰離子具有現實意義。和化學沉淀法、離子交換法、膜法等方法相比，使用吸附法來去除廢水中的鈾酰離子具有成本低廉、吸附劑易重復利用等優點。水熱碳吸附劑用于處理含鈾廢水時與大多數吸附材料相比，具備優良的抗輻射性、熱穩定性和酸穩定性。但是目前水熱碳化法制備碳吸附劑要求的反應溫度較高(大于180℃)、反應時間較長(一般為數天)。為了解決制備吸附劑溫度高、時間長的缺點，在制備過程中添加催化劑，可有效解決上述問題，從而降低了能耗、提高了水熱碳吸附劑的生產效率。例如，專利文獻CN104649246A公開了“一種生物質碳微/納米球的低溫水熱制備方法，其采用堿催化或路易斯酸/質子酸催化生物質一鍋低溫水熱碳化的生物質碳制備方法，這種技術方案，過程復雜，催化劑成分添加復雜，不利于碳微球的進一步拓展利用。

目前采用較低溫度制備水熱碳微球的生物質原料主要是果糖溶液，但是來源受限，不利于工業化應用；采用葡萄糖溶液作為碳源，水熱溫度180～220℃，反應時間大于24小時；采用其他生物質原料作為碳源，水熱溫度大于220℃，反應時間大于24小時。生物質原料資源豐富、可再生、毒性小，制備成水熱碳微球吸附劑具有穩定性好、耐放射性、耐高溫等特性。水熱碳微球吸附劑表面含有豐富的含氧官能團(-COOH、-OH等)，與金屬陽離子(如La、Ce、Sm、Gd等)，尤其是與鈾酰離子(UO₂²⁺)能夠形成螯合作用，進而達到除去廢水中鈾的效果，有望高效、規模化地制備出一種環境友好、低能耗的水熱碳微球吸附劑。

發明內容

作為各種廣泛且細致的研究和實驗的結果，本發明的發明人已經發現，采用生物質和金屬鹽為原料，以低溫水熱法制備的碳微球吸附劑，粒徑大小為幾微米，微球形貌規整、表面光滑，表面富含-COOH和-OH等官能團，使其能夠高效吸附廢水中鈾酰離子。基于這種發現，完成了本發明。

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種金屬鹽催化低溫水熱法制備碳微球吸附劑的方法，包括以下步驟：

步驟一、取生物質原料配制濃度為2～20wt％的生物質溶液，取金屬鹽配制濃度為0.5～2wt％的金屬鹽溶液；然后將生物質溶液和金屬鹽溶液按質量比2～5:1混合在一起，攪拌5～10分鐘，得到反應溶液；

步驟二、將反應溶液轉移至不銹鋼反應釜，其中反應溶液占反應釜容積的60～80％，然后以一定的升溫速率升溫到100～160℃，恒溫反應8～20小時后，經自然冷卻、分離、真空干燥，得到水熱碳微球；

步驟三、將水熱碳微球在空氣氣氛中焙燒碳化，得到碳微球吸附劑。

優選的是，所述步驟一中，生物質原料為葡萄糖、果糖、淀粉、菊粉、木質纖維素中的任意一種。

優選的是，所述步驟一中，金屬鹽為CrCl₃、SnCl₄、WCl₄、B(OH)₃、AlCl₃中的任意一種。

優選的是，所述步驟二中，升溫速率為0.1～10℃/min，真空干燥溫度為50～100℃。

優選的是，所述步驟三中，水熱碳微球在空氣氣氛中的焙燒碳化溫度為250～600℃，時間為0.5～5h，升溫速率為0.1～10℃/min。