[發明專利]一步水熱法制備胺基功能化炭材料吸附劑

在審

• 申請號: 201710122752.9
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106824096A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 蔡衛權;魏家豪;李忠磊;劉瑩;趙亞真
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F101/22
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及碳基復合吸附材料的制備和應用技術領域，確切地說是一種用于水體中劇毒污染物Cr(VI)吸附的胺基功能化炭材料吸附劑的制備方法。

背景技術

鉻污染主要來源于蹂革、采礦、鋼與合金、染料和顏料制造等生產行業。工業廢水中Cr(VI)的濃度一般在50～250mg/L。六價鉻可以通過消化道、呼吸道和皮膚等途徑侵入入體，主要聚集在肝腎和內分泌腺中，引起慢性中毒，導致局部器官損壞進并進一步惡化，嚴重危害入類健康。在眾多Cr(VI)的去除方法中，基于活性炭基吸附材料的吸附法具有操作簡單和去除率高等優點，因而受到關注。

傳統活性炭主要來自煤等不可再生的化石燃料，其制備過程中存在環境污染問題。生物質資源作為可再生碳源，具有來源廣、價格低、可再生和環境友好等優點，因而從生物質制備炭材料吸附劑，包括碳微球逐漸受到關注。例如，童寒軒等人(童寒軒,施秧君,馬劍華.水熱法利用山核桃蒲殼制備活性炭的研究[J].遼寧化工,2015,44(1):1-3.)將一定量的山核桃殼放入不銹鋼高壓釜中，密封后放入馬弗爐中，在600℃下碳化5h后取出；取0.5g碳化產物充分研磨后放入帶聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，加入25mL、1mo1/L的NaOH溶液，密封后在180℃下活化l0h，產物用去離子水洗滌3次后烘干，制得所述的活性炭。將0.05g該活性炭加入到50mL、10-5mo1/L亞甲基藍溶液當中，吸附平衡后，測得亞甲基藍的褪色率為99.8％。再如，胡建軍等人(胡建軍,周書喜,王強.膠體碳微球的活化及其亞甲基藍液相吸附性能的研究[J].化工新型材料,2009,37(6):55-57.)報道了一種用于亞甲基藍吸附的碳微球的水熱制備方法，將40mL、1g/mL的葡萄糖溶液裝入到50mL內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在180℃下反應4h后，洗滌干燥后，在一定溫度和N₂保護條件下，對炭材料進行熱處理，處理溫度為700℃。后將其于與一定量的活化劑混合，在800℃下活化，所得產物對亞甲基藍的吸附量可達1.33mmol/g。但上述報道的炭材料制備方法都需要對原料進行高溫熱處理，能耗大，且工藝復雜。

在各種炭材料的制備方法中，水熱法具有以下優點：(1)設備簡單，水熱過程容易控制；(2)產物含有豐富的羧基和羥基等含氧基團；(3)水熱溫度、水熱時間、反應物種類和濃度以及pH等過程因素可以定向調控，制備出具有特定晶型、形貌和粒徑的產物。

對炭材料進行胺基功能化改性以改善其吸附性能的方法已有報道，例如Zhang等人(Zhang L,Chang X J,Li Z H,He Q.Selective solid-phase extraction using oxidized activated carbon modified with triethylenetetramine for preconcentration of metal ions.Journal of Molecular Structure,2010,964(1-3),58-62.)將用鹽酸純化的活性炭加入濃硝酸中氧化后，得到表面具有羧基的活性炭，干燥后將其分散在三乙基四胺(TETA)溶液中，隨后加入二環己基碳二亞胺，在120℃下攪拌48h，得到TETA功能化的活性炭，并且考察了K(I)、Na(I)、Ca(II)、Zn(II)、Cd(II)、Mn(II)、Ni(II)、Co(II)、Cu(II)和Hg(II)等共存離子的影響，證明了TETA功能化的活性炭對Cr(VI)、Fe(II)和Pb(II)具有較好的選擇吸附性能，對它們的吸附容量分別為34.6mg/g、36.56mg/g和51.9 6mg/g。但該方法制備的吸附材料的吸附容量較低，且制備工序較多，制樣過程中使用的濃酸對環境也有一定污染。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種原料價廉、工藝簡單、能耗低、對Cr(VI)吸附性能優異的胺基功能化炭材料的一步制備方法。所制備的吸附劑對Cr(VI)的吸附量大、吸附速率快，循環吸附性能好。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

將12g的糖類化合物，溶解在去離子水中，加入一定量的有機胺，室溫下攪拌20min配成混合液；隨后將上述混合液轉移至100ml內襯聚四氟乙烯的反應釜中進行水熱反應，反應完成后，自然冷卻至室溫，得到含有胺基功能化炭材料的棕色產物。將上述棕色產物通過水和乙醇多次洗滌，至濾液澄清無色后，在60℃烘箱干燥12h，即得到胺基功能化炭材料吸附劑。

所述的糖類化合物為蔗糖、葡萄糖和可溶性淀粉中的一種；