[發明專利]用于吸持鎘離子的固載β-環糊精的生物炭的制備方法

有效

• 申請號: 201710417254.7
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107185503B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 趙海濤;鄭盛陽;封克;韓書文;吳玉鳳;王小治;王圣森;候建華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

用于吸持鎘離子的固載β?環糊精的生物炭的制備方法，屬于對水體的無害化處理技術領域，本發明以環氧氯丙烷為交聯劑，通過醚化作用將改良劑β?環糊精接枝到生物炭表面，將生物炭的不溶性和大比表面的特點與環糊精對重金屬的強捕獲能力相結合，從而制備出可實際應用的新型水體鎘離子污染修復材料，并對其進行吸附水體中重金屬的研究，發現其吸附水體中鎘離子的能力相比于原始材料得到了大幅度的提升。

技術領域

本發明屬于對水體的無害化處理技術領域，特別是用于吸附水體中鎘離子吸附材料的制備技術。

背景技術

材料對重金屬的吸附效率取決于材料的吸附比表面積和材料表面與被吸附重金屬之間的吸引能力。

環糊精（cyclodextrin）是一種無毒、綠色且可生物降解的環狀低聚糖，具有親水外緣和疏水空腔結構，能夠與重金屬等污染物形成“主-客體”包結絡合物。但是環糊精具有較強的水溶性，無法在捕獲重金屬后與水體有效分離，限制了其在修復污染水體領域的應用。

生物炭作為一種綠色環保材料，具有孔隙率高、比表面積大等特點，具備吸附重金屬污染物的良好基礎條件。但是生物炭吸附重金屬主要為物理吸附，直接作為吸附材料使用吸附效果相對較差，且難以有效長期固持住吸附的重金屬離子。

發明內容

本發明目的在于提出一種能提高重金屬吸附量、吸附后能夠高效分離的固載β-環糊精的生物炭的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）將40～60目的生物炭浸泡于無機酸溶液中12～24h后，以去離子水洗滌至中性，經抽濾，取固相烘干，得活化生物炭；

2）在磁力攪拌條件下，將β-環糊精、環氧氯丙烷和NaOH水溶液混合。在堿性條件下，環氧氯丙烷中含Cl^-基團的一側開環，并與β-環糊精上的-OH作用，遵循雙分子親核取代反應(SN₂ )機理，生成β-環糊精-環氧氯丙烷共聚體。反應后6～12h，再加入活化生物炭，生物炭自身具有大量的孔隙，可以通過物理反應將β-環糊精吸附在孔隙中；同時，β-環糊精-環氧氯丙烷共聚體中環氧氯丙烷含-CH₂的一側開環，與活化生物炭上的 C-O發生反應，使β-環糊精-環氧氯丙烷共聚體接枝到活化生物炭表面，達到了將β-環糊精接枝到生物炭上的目的。反應6～12h后抽濾，取固體物質烘干，得用于吸持鎘離子的固載β-環糊精的生物炭。

基于環糊精改性不溶性材料對水體污染物處理的研究現狀，本發明以環氧氯丙烷（EPI）為交聯劑，通過醚化作用將改良劑β-環糊精接枝到生物炭表面，將生物炭的不溶性和大比表面的特點與環糊精對重金屬的強捕獲能力相結合，從而制備出可實際應用的新型水體鎘離子污染修復材料，并對其進行吸附水體中重金屬的研究，發現其吸附水體中鎘離子的能力相比于原始材料得到了大幅度的提升。

活化生物炭與生物炭相比，β-環糊精的固載率僅增加了5.0～11.3%，但固載β-環糊精的生物炭與生物炭相比，對水體中鎘離子的吸持量增加35.0～40.3%，由于β-環糊精是親水物質，無法在捕獲重金屬后與水體有效分離，所以將其接枝在不溶性的生物炭上，在吸附水體中重金屬后能與水體有效分離。

進一步地，本發明本發明所述步驟1中，所述無機酸溶液中無機酸的含量為1～3mol/L，所述生物炭與無機酸溶液中無機酸溶液的投料比為5～15g∶100mL。生物炭用無機酸浸泡處理時，稀酸能夠有效的溶解生物炭孔道中的雜質，擴大孔徑，增大比表面積，而使用濃度過高的酸時，會破壞生物炭的內部結構，反而會減小比表面積。本發明優先選擇5～15g∶100mL的投料比是為了使生物炭能夠充分與無機酸溶液反應的同時不破壞生物炭內部機構。