[發(fā)明專利]一種生物質染料吸附劑的制備方法及其應用

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• 申請日: 2021-01-17
• 公開（公告）號: CN112892478A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 余傳柏;劉夢欣;王亮;鄭君里;胡兆杏;藍詩霞;饒文輝;劉遠立;徐旭
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 南寧東之智專利代理有限公司 45128
• 代理人: 杜啟杰

本發(fā)明公開了一種生物質染料吸附劑的制備方法及其應用。首先以生物質糖類為碳源，在酸性條件下，采用水熱法制備單分散碳微球，將碳微球加入有機溶劑和一定比例的環(huán)氧氯丙烷、氨基功能化合物反應，制得粉體用醇水溶液洗滌，干燥后即得到氨基修飾的碳材料。經(jīng)氨基修飾的碳材料具有較大的比表面積與較多的活性位點，對陰離子染料具有優(yōu)異的吸附性能，可應用于去除廢水中的染料。本發(fā)明制備工藝簡便，原料綠色環(huán)保，碳微球表面包覆的氨基功能層的厚度可控，對陰離子染料具有較強的吸附作用，且吸附容量較高，在含染料的廢水處理中有良好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于水環(huán)境保護領域，具體涉及一種生物質染料吸附劑的制備方法及其應用。

背景技術

近二十年來，紡織、印刷、造紙等染色行業(yè)的染料廢水的處理日益受到人們的關注。由于染料對水體和人體具有嚴重的毒性和致癌性，威脅著人類的生存。目前，對水中染料的去除方法有電化學法CN201710453504.2、吸附法CN201610972137.2、電解法CN201611079040.5、膜分離法CN201911171561.7、離子交換法CN201610635040.2。其中，吸附法利用具有高比表面積結構或特殊官能團的吸附材料對水中染料進行吸附，具有高效、節(jié)能、可循環(huán)利用、環(huán)保等特點，被認為是去除水中染料最有應用前景的方法。

以水熱碳化的方法使生物質衍生物轉化為新穎的碳基材料，無論從工藝還是原材料都是綠色、友好的。通過水熱法制備出的碳材料，作為一種新型功能碳材料，具有非常好的化學穩(wěn)定性、良好的導熱導電性、生物相容性、低密度、良好的單分散性、表面易功能化等特點，目前在催化、醫(yī)療、儲能、藥物載體等領域占有極其重要的地位。人們過去常采用酚醛樹脂為碳源，如在CN201510569054.4中提到的技術要點：水熱法合成酚醛樹脂聚合物小球，但在制備過程中，原料有毒，會對人身體健康造成一定的危害。目前作為吸附劑應用方面，只通過水熱法一步合成的碳材料其比表面積和孔徑較小，吸附容量較低，需要進一步在惰性氣體氛圍中去除模板劑焙燒出介孔或大孔，例如CN201911287996.8，導致制備過程繁瑣復雜，成本高。

因此，我們亟需一種利用現(xiàn)有的自然資源將水體中的染料進行有效去除的制備工藝簡單、低成本、去除效率高且環(huán)保的生物吸附劑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決廢水中染料的去除問題，提出一種生物質染料吸附劑的制備方法及其應用。

本發(fā)明思路：首先利用水熱法脫水碳化制備出生物質碳微球，然后將氨基功能基團對其表面進行修飾，從而制得氨基功能化碳材料，該碳材料制備過程簡便，原料綠色環(huán)保，易于批量制備；通過水熱法制備的碳微球具有較大的比表面積和較好的單分散性，且表面含有大量活性含氧基團，有利于進行氨基功能化修飾，增加吸附場所和選擇性活性位點，從而對陰離子染料具有優(yōu)異的吸附性能，可應用于去除廢水中的陰離子染料。

制備生物質染料吸附劑的具體步驟為：

(1) 將5~20g碳源和0.05~5g酸性物質加入到去離子水中，超聲混合均勻，將其放入水熱反應釜中，在160~200℃下反應4~12h，冷卻至室溫，分離得到第一固體產(chǎn)物，將第一固體產(chǎn)物使用無水乙醇與去離子水體積比為1:1的醇水溶液進行反復洗滌，干燥后得到碳微球。

(2) 將步驟(1)制得的碳微球分散于有機溶劑中，加入2~5mL環(huán)氧氯丙烷，置于恒溫油浴鍋中在80~100℃下攪拌1~4h，逐滴加入氨基功能化合物，繼續(xù)反應1~4h，反應結束后冷卻至常溫，離心分離得到第二固體產(chǎn)物，經(jīng)過洗滌和干燥后得到氨基功能化碳材料，即為生物質染料吸附劑。

所述步驟(1)中的碳源選自蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、乳糖和果糖中的一種或多種。

所述步驟(1)中的酸性物質為草酸、醋酸和丙烯酸中的一種或多種。

所述步驟(1)中碳源和酸性物質的質量之和與去離子水的質量比為5~25:100。