CN105771928A - 一种重金属吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重金属吸附剂及其制备方法，以鱼鳞为原材料，通过一系列处理，制成富氮的多级孔碳，再利用碳表面特有的活性位点将聚乙烯亚胺以及乙二胺接枝上去得到改性的碳材料。将改性的碳材料置于浓度为100mg/L~600mg/L的六价铬离子溶液中，调节pH至2，吸附剂的用量为1g/L。本发明原料简单易得，在低浓度下（100~150mg/L）对六价铬离子的去除率接近百分之百，在中浓度（200~300mg/L）下对六价铬离子的去除率达到90%以上，同时吸附后的废料可用于锂离子电池，具有一定的电化学性能，避免了二次污染。因此该发明在六价铬离子废水处理中具有广泛的应用前景。

Description

一种重金属吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种重金属吸附剂及其制备方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
随着工业的发展，重金属离子的污染情况日益严重，其中铬离子被认为是毒性最强的金属之一，其可以通过食物链在生物体内富集，从而引起严重的健康问题，其中六价铬离子的毒性是三价铬离子的100倍，更易被人体吸收，是强致突变物质。所以对六价铬离子的处理至关重要。目前，针对六价铬离子的处理方法主要有以下几种：化学沉淀法、超滤法、离子交换法、吸附法、逆向渗透法以及电渗析法。其中多孔碳吸附被广泛应用到铬离子污水处理中。多孔碳具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，因此其在六价铬离子污水处理中具有很大的应用前景。专利CN103599750A公布了一种麦秆制得活性炭吸附六价铬离子的方法。而在低浓度下具有很高移除效果并具有较高最大吸附量的多孔碳吸附材料的制备方法还未见专利报道。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种重金属吸附剂及其制备方法，为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一方面涉及一种重金属吸附剂，其特征在于其制备方法包括如下步骤：将鱼鳞洗净干燥，在330℃N2氛围下反应3小时。加入同等质量的KOH打磨成混合均匀的小颗粒，再在750℃N2氛围反应1h。所得到的材料用1mol/L的盐酸冲洗，并用热的去离子水继续冲洗至滤液的电导达到纯水的数值。之后将材料置于烘箱在80℃的温度下烘干24h。再将碳材料加入5~30%w/v聚乙烯亚胺的甲醇溶液中搅拌24h（量比为：1g：625mL温度：30℃），之后立即加入1%w/v戊二醛的甲醇溶液中反应30min（量比为：1g：1000mL温度：30℃）。最后将所得材料置于烘箱中在80℃下干燥24h。将所得材料在30℃常压下与一定量的六价铬离子初始浓度为0.1~1g/LK2Cr2O7溶液中,调节pH值为2，吸附时间为24小时的条件下进行吸附测定，得到六价铬离子的最大吸附量为263~330mg/g。
2．乙二胺改性多孔碳六价铬离子吸附剂的合成方法：
将鱼鳞洗净干燥，在330℃N2氛围下反应3小时。加入同等质量的KOH打磨成混合均匀的小颗粒，再在750℃N2氛围反应1h。所得到的材料用1mol/L的盐酸冲洗，并用热的去离子水继续冲洗至滤液的电导达到纯水的数值。之后将材料置于烘箱在80℃的温度下烘干24h。再将碳材料加入10~30%w/v乙二胺的甲醇溶液中搅拌24h（量比为：1g：625mL温度：30℃），之后立即加入1%w/v戊二醛的甲醇溶液中反应30min（量比为：1g：1000mL温度：30℃）。最后将所得材料置于烘箱中在80℃下干燥24h。将所得材料在30℃常压下与一定量的六价铬离子初始浓度为0.1~1g/LK2Cr2O7溶液中，调节pH值为2，吸附时间为24小时的条件下进行吸附测定，得到六价铬离子的最大吸附量为270~285mg/g。
本发明利用鱼鳞中的蛋白质作为氮源，制成富氮的多级孔碳，并且利用碳表面的氮源作为活性位点将聚乙烯亚胺接枝上去，在提高其最大吸附量的同时也提高其在低浓度下对六价铬离子的去除效率。此外，吸附后的废弃物具有一定的电化学性能，可以避免二次污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，本发明在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：将鱼鳞洗净干燥，在330℃N2氛围下反应3小时。加入同等质量的KOH打磨成混合均匀的小颗粒，再在750℃N2氛围反应1h。所得到的材料用1mol/L的盐酸冲洗，并用热得去离子水继续冲洗至滤液的电导达到纯水的数值。之后将材料置于烘箱在80℃的温度下烘干24h。再将碳材料加入15%w/v聚乙烯亚胺的甲醇溶液中搅拌24h（量比为：1g：625mL温度：30℃），之后立即加入1%w/v戊二醛的甲醇溶液中反应30min（量比为：1g：1000mL温度：30℃）。最后将所得材料置于烘箱中在80℃下干燥24h。制得的富氮改性多级孔碳材料的比表面积为210m2/g，含氮量为12.35%。将所得材料在30℃常压下与一定量的六价铬离子初始浓度为0.1g/LK2Cr2O7溶液中，调节pH值为2，吸附时间为24小时的条件下进行吸附测定，得到六价铬离子的吸附量为100mg/g。六价铬的移除效率为100%。
实施例2：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为330mg/g，移除效率为55%。
实施例3：改变聚乙烯亚胺甲醇溶液的浓度为5%，其他条件同实例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为93mg/g，移除效率为93%。
实施例4：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例3，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为263mg/L，移除效率为44%。
实施例5：改变聚乙烯亚胺甲醇溶液的浓度为20%，其他条件同实例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为94mg/g，移除效率为94%。
实施例6：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例5，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为263mg/L，移除效率为44%。
实施例7：将15%聚乙烯亚胺甲醇溶液改成10%乙二胺甲醇溶液，其他条件同实例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为99.5mg/g，移除效率为99.5%。
实施例8：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例7，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为273mg/g，移除效率为46%。
实施例9：将15%聚乙烯亚胺甲醇溶液改成30%乙二胺甲醇溶液，其他条件同实例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为99.2mg/g，移除效率为99.2%。
实施例10：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例9，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为242.5mg/g，移除效率为40.4%。
实施例11：将15%聚乙烯亚胺甲醇溶液改成20%乙二胺甲醇溶液，其他条件同实例1，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为99.6mg/g，移除效率为99.6%。
实施例12：改变六价铬离子初始浓度为600mg/L，其他条件同实施例11，富氮改性多级孔碳材料对六价铬离子的吸附量为318.1mg/g，移除效率为53.1%。
以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种重金属吸附剂，其特征在于其制备方法包括如下步骤：
（1）将鱼鳞洗净干燥，在320-340℃N2氛围下反应2-4小时；加入0.5-1.5倍质量的KOH打磨成混合均匀的小颗粒，再在700-800℃N2氛围下活化0.5-1.5h；
（2）将活化的材料进行酸洗、水洗、干燥得到碳材料；
（3）再将碳材料加入5~30%w/v聚乙烯亚胺的甲醇溶液中搅拌12h以上，之后加入戊二醛的甲醇溶液中反应10min以上；分离材料并干燥。
2.根据权利要求1所述的重金属吸附剂，其特征在于碳材料和聚乙烯亚胺的甲醇溶液用量比为：1g：400mL-1000mL。
3.根据权利要求1所述的重金属吸附剂，其特征在于吸附聚乙烯亚胺的碳材料与戊二醛的甲醇溶液用量比为：1g：400mL-1000mL。
4.根据权利要求1所述的重金属吸附剂，其特征在于：所述酸洗溶液为盐酸或硫酸。
5.权利要求1-4任意一项所述的重金属吸附剂在吸附重金属中的应用，优选的，用于吸附六价镉。
6.权利要求1-4任意一项所述的重金属吸附剂吸附六价铬之后的废料。
7.权利要求6所述的废料在制备锂电池中的应用。
8.权利要求1所述的碳材料。
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