[發明專利]一種改性山竹殼活性炭及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010964394.8
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112295539A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 范錚;張澤宇;張國亮;秦磊;方杰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發明提供了一種改性山竹殼活性炭及其制備方法，以山竹殼粉末為原料，經過與添加劑KOH的預處理燒成活性炭，再與一部分添加劑N₂H₄·H₂O進行化學接枝改性，在活性炭表面形成氧化基團和胺基，實現活性炭吸附能力的提升；本發明制備方法簡單高效，工藝流程穩定，整個過程均為常壓，所涉及的試劑均為常規試劑，價格便宜，所用儀器簡單，在工業上易于生產，且原料山竹殼易得，成本低，是一種環保的生物材料，制備出的活性炭吸附能力高，在含重金屬Cu²⁺的廢水吸附中表現優異，循環使用中吸附能力變化較小。

技術領域

本發明屬于生物材料改性領域，具體涉及一種改性山竹殼活性炭及其制備方法，以及在吸附重金屬Cu²⁺中的應用。

背景技術

銅離子是由銅原子失去最外層的兩個電子得到的，正2價，通常顯藍色。隨著現代工業水平的迅速發展，金屬采礦，鋼鐵及有色金屬冶煉，化工及電鍍等產業每年都會向環境中排放大量的含有重金屬離子的廢水，導致各類水體中重金屬污染日趨嚴重，對環境以及生命健康產生極大的威脅。

眾多的污水處理方法中，吸附法由于其操作簡單、成本低、材料廣泛、不產生二次污染等優點，被廣泛應用到含重金屬離子廢水處理中。而生物質材料作為一種新興的吸附材料，成本低，來源廣泛，備受研究者的關注，替代傳統的吸附劑用于廢水中重金屬離子的處理潛力巨大。

發明內容

本發明的目的是提供一種對廢水中重金屬Cu²⁺吸附能力優異的以山竹殼為原料的改性活性炭及其制備方法。本發明中涉及一些用于改變活性炭孔隙率和表面積以及提高其吸附能力的添加劑，KOH、N₂H₄·H₂O。改變添加劑種類及含量對活性炭結構和性能有較大影響。選擇不同的添加劑及改變含量將會導致活性炭內部形成不同大小的孔，實現對活性炭性能的調節。以山竹殼粉末為原料，經過與添加劑的預處理燒成活性炭。經過處理再與一部分添加劑進行化學接枝改性，在活性炭表面形成氧化基團和胺基，實現活性炭吸附能力的提升。

本發明的技術方案如下：

一種改性山竹殼活性炭，按如下方法制備得到：

(1)原料預處理

將原料山竹殼洗凈，烘干，粉碎，過60目篩，得到山竹殼粉末；

(2)活性炭制備

取步驟(1)所得山竹殼粉末置于管式爐中，在氮氣保護下，升溫至400℃(升溫速率10℃/min)保持1.5h，冷卻至室溫(20～30℃)后取出與KOH水溶液混合，依次經超聲(強度為3700W/m²)震蕩30min，浸漬活化24h，過濾，干燥(70℃，12h)，接著置于管式爐中，升溫至800℃(升溫速率10℃/min)保持70min，冷卻至室溫后取出，洗滌(先置于80℃的0.1M鹽酸水溶液中洗滌，然后在80℃熱水中洗滌)，烘干，得到成品活性炭；

所述KOH水溶液的質量分數為15～25wt％；

所述山竹殼粉末與KOH水溶液的料液質量比為1：8；

(3)活性炭改性

取步驟(2)所得活性炭，加入乙醇、N₂H₄·H₂O的混合水溶液中，在95℃下攪拌(200～300r/min)回流6h，之后過濾，洗滌(用去離子水和乙醇質量比為4：1的混合液洗滌)，烘干(80℃)，得到最終產物；

所述乙醇、N₂H₄·H₂O的混合水溶液中，乙醇的質量分數為10％，N₂H₄·H₂O的質量分數為10％，溶劑為去離子水；