[發明專利]一種高效去除六價鉻的磁性碳納米吸附劑的制備方法

在審

• 申請號: 201910434022.1
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110180499A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 肇啟東;宋曉俊;李新勇;石勇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于水處理及能源環境材料技術領域，一種高效去除六價鉻的磁性碳納米吸附劑的制備方法。采用富含碳氮元素的三聚氰胺和氯化鐵作為前驅體通過一步碳化法綠色合成磁性碳納米吸附劑。將所述吸附劑加入還有六價鉻的水溶液中，采用恒溫振蕩從含鉻廢水中去除含有的六價鉻。本發明的吸附劑具有制備方法簡單、成本低廉、循環使用性能好等優點，可以高效快速去除六價鉻，六價鉻脫除率高達96.77％。具體測試條件為：含鉻廢水六價鉻離子初始濃度為50mg/L、pH＝2、接觸時間為90min，材料制備碳化溫度為700℃。

技術領域

本發明屬于水處理及能源環境材料技術領域，具體涉及一種磁性納米碳吸附劑的制備及高效去除水中六價鉻的方法。

背景技術

近年來，環境污染嚴重威脅人類健康與可持續發展，其中含有重金屬離子的工業生活廢水是導致重金屬污染危害最大的污染源之一。人為來源被認為是重金屬的主要原因，同時重金屬離子也可從天然地質中引入環境中。重金屬離子，因其具有毒性和致癌性，被認為是地下水和地表水最有害的污染物，對人類和水生生物構成嚴重威脅。

六價鉻，是一種毒性重金屬離子，來源廣泛，如皮革鞣制，鋼鐵制造，電鍍等工業制品行業以及農藥應用，采礦業等，以三價鉻和六價鉻的形式普遍存在于地表水和地下水中，其中六價鉻的毒性比三價鉻高出100多倍。因此，將污水中Cr(VI)還原為Cr(Ⅲ)，將其固定化是非常重要的。世界衛生組織規定，飲用水中Cr(VI)離子濃度最大為50μg/L。美國環境保護局規定，國家一級飲用水總鉻量不得超過100μg/L。目前用于去除污水中的Cr(VI)離子技術有，氰化處理、電化學沉淀法、反滲透法、離子交換法、吸附法等。其中吸附法因成本低、效率高、無二次污染等優點，被廣泛應用。傳統的吸附劑主要有金屬磷酸鹽，生物吸附質，沸石，黏土礦物，活性炭等。因此，開發有效的吸附劑去除Cr(VI)的技術是污水修復中的關鍵問題。

磁性碳材料因具有高比表面積、高吸附能力、易回收再生的磁性特點在重金屬去除方面迅速發展。近期，出現各種材料作為Cr(VI)還原的電子供體，如零價鐵(ZVI)，Fe₃O₄，零價鋁(ZVA1)，纖維素和含氮化合物。而與Fe₃O₄和Fe₂O₃核相比，磁性碳包裹ZVI具有更高的Cr(VI)還原去除能力和更快的去除速率，因為ZVI可以為Cr(VI)還原提供更多的電子。此外，碳層還可防止ZVI被氧化和在酸性溶液中溶解，增長納米材料的壽命。另外，雜原子摻雜可以提高碳吸附劑去除效率，雜原子可有效調節碳表面的負電荷密度和堿性，從而促進金屬離子的吸附速率。目前采用氮元素摻雜制備含磁性的碳材料吸附劑對廢水中六價鉻的去除應用還尚無報導。

發明內容

本發明的目的是使用提供ZVI和雜原子摻雜的前驅體，通過一步碳化法合成能高效去除水中六價鉻的磁性碳納米材料。

本發明提供了一種使用三聚氰胺和氯化鐵作為前驅體通過一步碳化的綠色合成方法制備磁性碳納米材料，將制備的磁性碳材料作為吸附劑加入含有六價鉻的溶液中，然后采用恒溫振蕩去除溶液中含有的六價鉻。

一種高效去除六價鉻的磁性碳納米吸附劑的制備方法，步驟如下：

步驟1，將質量比為2:1～3:1的六水合氯化鐵和三聚氰胺混合于乙醇溶液中，以攪拌速度為100轉/分～200轉/分的速度攪拌2～3小時使其混合均勻，隨后將混合液干燥，隨后在N₂環境下以600～900℃恒溫煅燒碳化2～3h；

步驟2，將步驟1所得的大塊碳化物研磨，所得粉末使用質量分數為37～60％的濃鹽酸洗滌，離心分離后舍棄上清液，保留固液混合物，放置在60～80℃的真空干燥箱中干燥10～12小時，即得磁性碳納米吸附劑材料。

所述的碳化溫度為700℃。