[發明專利]一種普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910362336.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110090618B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 王峰;竇美玲;李玨璇;宋夜
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;G21F9/12
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明涉及一種普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑及其制備方法和應用，所述的普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑以生物質基分級多孔炭為載體，利用分級多孔炭表面的雜原子可以錨定Fe³⁺，同時通過草酸抑制氯化鐵中Fe³⁺的釋放，進而控制普魯士藍的形核及生長速度，最終在分級多孔炭表面原位生長普魯士藍微晶，制備得到納米級、高分散的普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑。本發明所提供的方法制備工藝簡單，原料綠色環保，合成的吸附劑具有微孔?中孔?大孔的分級孔結構，比表面積高，普魯士藍顆粒分散均勻，可高效、快速吸附水中銫離子。

技術領域

本發明屬于吸附劑材料領域，具體涉及一種普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑及其制備方法和應用，用于吸附廢水中放射性元素銫。

背景技術

隨著人類對能源需求的日益增加，各國核電事業飛速發展，但核電站會產生大量放射性廢料，排放在周圍的土壤環境中，進而污染生態環境以及危害人類健康。2011年福島核電站泄露事故導致大量放射性元素流入到周邊的水體土壤中，對環境、人體、食品都造成了嚴重的影響。在眾多放射性元素中，137銫由于其長達30年的半衰期，高溶解性，高揮發性及高活性的特點，引起人們重點關注。

目前，對于放射性銫離子的吸附材料主要包括有機材料（例如纖維素、殼聚糖等）和無機材料（例如沸石、黏土、硅藻土、活性炭等）兩大類，然而以上吸附劑普遍存在難以合成、成本昂貴、對銫離子的吸附性能以及選擇性差等缺點。2011年福島核電站事故發生后，普魯士藍開始應用于銫離子的吸附處理。普魯士藍由于其制備簡單、價格經濟、選擇性高，吸附性能好，作為銫離子吸附劑成為目前研究人員的重點研究方向。然而，普魯士藍通常以微晶體形式存在，在大多數溶劑中溶解性差，且普魯士藍制備過程中反應速率快，難以形成高分散的顆粒，這限制了普魯士藍對銫離子的吸附應用。針對這些問題，以普魯士藍為活性物質的復合吸附劑逐漸受到重視。采用大比表面積、孔結構發達的骨架結構材料，在表面負載普魯士藍，顯著提高了普魯士藍的分散性，有利于提高普魯士藍對銫離子的吸附能力。

發明內容

為了解決現有技術中普魯士藍化合物吸附劑所存在的上述問題，本發明提供一種普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑及其制備方法和應用，旨在提高普魯士藍基吸附劑的吸附性能。將生物質基分級多孔炭用于負載普魯士藍化合物，分級多孔炭超高的比表面積、分級孔結構以及表面豐富的雜原子，可大幅提高普魯士藍的負載量和分散性，增強普魯士藍-炭載體相互作用，有利于提高吸附容量、吸附速率和循環穩定性。

本發明采用如下技術方案：一種普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑，普魯士藍在分級多孔炭表面分散均勻，呈現立方體形貌，粒徑為30-80 nm。

在本發明的優選的實施方式中，所述的普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑具有分級多孔結構，其中微孔占比為40%-50%，介孔和大孔占比為50%-60%，比表面積為1000-2000m² g^-1，孔體積為1-2 cm³ g^-1。

本發明還保護所述的復合吸附劑的制備方法，由牛骨基分級多孔炭作為載體，利用分級多孔炭表面豐富的雜原子錨定三價鐵離子，采用草酸抑制三價鐵離子的釋放從而控制普魯士藍的形核及生長的速度，在分級多孔炭表面原位生長普魯士藍微晶，從而獲得納米級、高分散、大比表面積的普魯士藍/分級多孔炭復合吸附劑。

在本發明的優選的實施方式中，所述的制備方法為將分級多孔炭和氯化鐵在酸溶液中充分分散，然后加入亞鐵氰化鉀溶液快速混合，使其反應一定的時間得到所述的復合吸附劑。

在本發明的優選的實施方式中，所述的制備方法包括如下步驟：

（1）將牛骨粉碎，放置管式爐中通入惰性氣體，進行預碳化，將預碳化產物與氫氧化鉀研磨均勻后放置管式爐中，在惰性氣體氣氛中活化，然后經酸洗抽濾、烘干后得到分級多孔炭材料；