[發明專利]一種能吸附水溶液中鉻離子的碳材料及其制備

在審

• 申請號: 201710351254.1
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107051386A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王煜桐
• 申請（專利權）人: 王煜桐
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司11294
• 代理人: 王天桂

技術領域

本發明屬于水處理領域，具體涉及一種能吸附水溶液中鉻離子的炭材料及其制備方法。

背景技術

近年來，國內有關食用菌中重金屬超標的報到已屢見不鮮，主要集中于鉛、鎘、汞、砷等。對四川地區食用菌中重金屬污染調查報告結果表明：52份食用菌總合格率僅為7.69%，部分食用菌中Cr、Cd和Hg含量超標，其中Cr元素超標最為嚴重。

大致有兩大原因，一是以空氣、水、覆土材料為主的環境因素，其二是食用菌自身的富集重金屬能力的內部因素。一些種類的蘑菇能產生一些特別的蛋白質，與這些重金屬離子結合，起到為自己解毒的作用。但這種“解毒”只對蘑菇有意義，對人體沒有意義。從科學結論上說，一些蘑菇具有富集重金屬的能力。利用富集鉻的蘑菇制備出的碳材料可以通過“印跡法”實現對鉻離子的有效吸附。

含鉻廢水主要來自電鍍生產工藝，是造成環境污染的一個重要來源。對于含鉻廢水的治理，本領域常見的方法有鐵氧體法、亞硫酸鹽還原法、離子樹脂交換法和電解法。但是這些方法都需要購買化學試劑或是價格昂貴的離子樹脂，成本較高。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種新的生物吸附劑的制備方法及其應用，具體涉及能凈化含鉻廢水的碳材料及其制備方法，采用蘑菇碳進行污水的凈化，該碳材料對水中含有的鉻離子的吸附速度快，吸附效率高，具有很好的環境效益和經濟效益。

本發明采用如下技術方案，一種能吸附鉻離子的碳材料及其制備方法，包括如下步驟：

（1）將蘑菇洗凈，除去表面雜質，烘干；

（2）將烘干后的蘑菇粉碎，在氬氣保護下于300-400℃下加熱恒溫0.5-2小時，降溫至室溫后取出，得到預碳化產物；

（3）在預碳化產物中按照質量比（1-3）:1加入氫氧化鉀，研磨均勻后取出；

（4）將步驟（3）的產物在氬氣保護下在700-900℃下恒溫0.5-2小時，降溫至室溫后取出；

（5）將步驟（4）得到的產物用稀酸浸泡，攪拌3-6小時；

（6）將酸洗后的樣品抽濾，并用去離子水沖洗至中性，得到所述碳材料。

在本發明的優選的實施方案中，所述的蘑菇選自香菇、金針菇、平菇、杏鮑菇；優選為平菇。

在本發明的優選的實施方案中，步驟（2）的預碳化溫度優選為400℃。

在本發明的優選的實施方案中，步驟（3）中預碳化產物與氫氧化鉀的質量比優選為1:1。

在本發明的優選的實施方案中，步驟（5）中采用10%的稀鹽酸浸泡。

在本發明的優選的實施方案中，所述的碳材料的比表面積大于2000 m²/g。

本發明還保護上述碳材料在凈化含鉻廢水過程中的應用。

在本發明的優選的實施方案中，所述的六價鉻的初始濃度為600 mg/L，pH值為2，吸附時間不大于20min。

與現有技術相比，本發明具有以下優勢：

（1）平菇碳材料中碳元素和氧元素含量均很高，價格也相對便宜，制備出具有發達孔結構的多孔碳材料，其比表面積可以達到將近2000 m²/g，非常適合作為吸附劑材料使用。

（2）針對碳材料的制備過程進行長期的研究后所確定的如上技術方案制備得到的碳材料對含六價鉻的水進行吸附凈化時表現出了優異的超出預期的性能，且在pH為2的情況下對六價鉻吸附能力最強，鉻離子的移除率接近100%，并且能夠在20 min接近達到吸附平衡，吸附平衡速度具有很高的優勢。使用不同濃度的吸附劑時的吸附量，可以得到樣品的等溫吸附曲線，可知樣品更適合非均一的吸附表面，不僅僅局限于單分子層吸附，也可以描述為多分子層吸附。在六價鉻的初始濃度為600 mg/L下，吸附量超過365mg/g，具有很好的環境效益和經濟效益。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及有益效果更加清楚，本發明用以下具體實施例進行說明，但本發明絕非限于這些例子。

本發明所使用的材料包括:蘑菇，采購于北京天豐利批發市場及中科院植物研究所；重鉻酸鉀（分析純），國藥集團化學試劑有限公司生產；鹽酸，北京試劑廠生產；氫氧化鈉，北京通廣精細化工公司生產；氫氧化鉀，北京試劑廠生產。

實施例1：

（1）將平菇洗凈，除去表面雜質后放入烘箱內在100℃環境下烘干。

（2）將烘干后的蘑菇粉碎，然后置于坩堝中放入管式爐并加熱。由程序控制由室溫升溫至300℃，氬氣保護下恒溫1小時，降溫至室溫后取出，標記此時樣品為預碳化碳。