一种多孔磁性六价铬吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔磁性六价铬吸附剂及其制备方法，通过回收农业废弃的木质纤维素和工业废弃的木质素、纤维素，对其进行化学活化及物理活化(气体活化)赋予植物生物质表面更多官能团，使植物生物质更易形成多孔结构，同时负载四氧化三铁，制备出多孔磁性碳材料。由于多孔磁性碳材料具有发达的孔隙结构，较大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能，材料不仅能吸附六价铬，还能将毒性较高六价铬还原为毒性较低的三价铬。反应后的材料可以通过磁性分离、解吸附，实现循环利用。用该方法得到的多孔磁性碳材料，制备方法简单，易操作，原料来源广泛，绿色环保，可应用于土壤、废水、废液中，能有效降低六价铬浓度。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及固体吸附剂材料制备工艺领域，主要涉及一种多孔磁性六价铬吸附剂及其制备方法。(二)
技术介绍
铬以三价铬及六价铬两种稳定形式存在于自然水体环境中，但随着人类各种加工以及商业制造活动日益增多，大量的六价铬进入环境中，引起严重的环境污染。含铬废水主要来源于冶金、矿物工程、纺织、制革、印染、电镀、制药、铬盐及铬化学物质生产等工业生产活动中。在含铬化学物质中，六价铬的毒性远远大于三价铬的毒性。铬化合物主要积累在人体的五脏及内分泌系统中，其毒理作用是影响体内物质的氧化、还原水解过程与核酸、核蛋白结合，进入细胞后改变游离基或遗传密码，引起细胞的突变和癌变。因此，降低工业废水中铬的含量变得尤为至关重要。目前，含铬废水治理的主要方法有：电解法、离子交换法、化学还原法和吸附分离法。其中吸附分离是处理含铬废水最常见也是最经济的方法之一。在众多吸附分离材料中，多孔碳材料因其具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能而成为吸附材料的最佳选择。而得到价格低廉、吸附能力强、吸附选择性高的吸附剂，已经成为研究开发的热点。到目前为止，已经建立了一系列制备吸附剂的新方法，并通过生物或化学改性，进一步提高吸附效率。CN104722280A号专利文献公开了改性纳米二氧化钛/魔芋粉复合重金属吸附剂及其制备方法，其通过二氧化钛等化学试剂改性魔芋粉等农产品得到一种重金属吸附剂。但改性二氧化钛制备工艺较为复杂，制备成本较高，限制了吸附剂的发展。CN 104209098 A号专利文献公开了一种利用了植物废弃物作吸附剂，配合微生物作用处理污水中重金属离子的方法，但是制作工艺复杂，微生物可控性较差，且不易分离等缺点，在复杂溶液环境中难以推广。因此寻找一种经济环保、操作简单可控、易分离、吸附效率高的重金属吸附剂成为一个亟待解决的技术问题。(三)
技术实现思路
:为了解决上述重金属吸附剂存在的技术问题。本专利技术提供了一种多孔磁性六价铬吸附剂及其制备方法，通过回收农业废弃的木质纤维素和工业废弃的木质素、纤维素，对其进行化学活化及物理活化(气体活化)赋予植物生物质表面更多官能团，使植物生物质更易形成多孔结构，同时负载四氧化三铁，制备出多孔磁性碳材料。由于多孔磁性碳材料具有发达的孔隙结构，较大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能，材料不仅能吸附六价铬，还能将毒性较高六价铬还原为毒性较低的三价铬。反应后的材料可以通过磁性分离、解吸附，实现循环利用。用该方法得到的多孔磁性碳材料，制备方法简单，易操作，原料来源广泛，绿色环保，可应用于土壤、废水、废液中，能有效降低六价铬浓度。一种多孔磁性六价铬吸附剂，通过以下方法制备得到：1)对植物木质纤维素或工业废弃木质素、纤维素等植物生物质进行预处理；预处理方法为：将植物生物质磨碎，过200～500目筛，10g～50g植物生物质中加入1000mL去离子水，用盐酸、硫酸或硝酸调节植物生物质水溶液pH为2～3，浸泡24h～48h，6000～12000rpm离心，离心后取固体于30～60℃干燥12～24h；2)多孔磁性碳材料的制备：将步骤1)预处理的植物生物质与固体活化剂和液体活化剂混合后，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为7～8，浸泡24～36h，30～60℃干燥；取干燥后的固体进行球磨或水热反应；反应后的混合物离心洗涤并置于30～50℃干燥，取固体于管式炉中400～700℃通氮气活化2～6h，得到多孔磁性六价铬吸附剂；步骤2)中：所述固体活化剂与植物生物质的质量比为1:1，液体活化剂与植物生物质的质量比为1:3；所述固体活化剂为碳酸钾、碳酸钠或氢氧化钾的任意一种；所述液体活化剂为0.5～1.5mol/L的氯化铁、硝酸铁水溶液中的任意一种。所述球磨反应是将干燥后的固体与2～15mL去离子水加入到球磨罐中，5000～12000rpm反应0.5～2h；所述水热反应是将干燥后的固体与2～30mL去离子水加入到反应釜中100～140℃反应0.5～2h。本专利技术还涉及一种多孔磁性六价铬吸附剂的制备方法，其步骤如下：1)对植物木质纤维素或工业废弃木质素、纤维素等植物生物质进行预处理；预处理方法为：将植物生物质磨碎，过200～500目筛，10g～50g植物生物质中加入1000mL去离子水，用盐酸、硫酸或硝酸调节植物生物质水溶液pH为2～3，浸泡24h～48h，6000～12000rpm离心，离心后取固体于30～60℃干燥12～24h；2)多孔磁性碳材料的制备：将步骤1)预处理的植物生物质与固体活化剂和液体活化剂混合后，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为7～8，浸泡24～36h，30～60℃干燥；取干燥后的固体进行球磨或水热反应；反应后的混合物离心洗涤并置于30～50℃干燥，取固体于管式炉中400～700℃通氮气活化2～6h，得到多孔磁性六价铬吸附剂。步骤2)中：所述固体活化剂与植物生物质的质量比为1:1，液体活化剂与植物生物质的质量比为1:3；所述固体活化剂为碳酸钾、碳酸钠或氢氧化钾的任意一种；所述液体活化剂为0.5～1.5mol/L的氯化铁、硝酸铁水溶液中的任意一种。所述球磨反应是将干燥后的固体与2～15mL去离子水加入到球磨罐中，5000～12000rpm反应0.5～2h；所述水热反应是将干燥后的固体与2～30mL去离子水加入到反应釜中100～140℃反应0.5～2h。本专利技术利用化学活化及物理活化(气体活化)赋予植物生物质表面更多官能团，使植物生物质更易形成多孔结构，同时负载四氧化三铁，制备出多孔磁性碳材料。由于多孔磁性碳材料具有发达的孔隙结构，较大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能，材料不仅能吸附六价铬，还能将毒性较高六价铬还原为毒性较低的三价铬。反应后的材料可以通过磁性分离、解吸附，实现循环利用。用该方法得到的多孔磁性碳材料，制备方法简单，易操作，原料来源广泛，绿色环保，可应用于土壤、废水、废液中，能有效降低六价铬浓度。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1.制备的多孔磁性碳材料是通过赋予植物生物质表面更多的官能团，再利用化学活化及物理活化对植物生物质表面改性，并负载四氧化三铁，制备出具有发达的孔隙结构的多孔磁性碳材料，制备的材料具有较大的比表面积、稳定的化学性质和优良的吸附性能，不仅能吸附六价铬，还能将毒性较高六价铬转化为毒性较低的三价铬。2.制备的多孔磁性碳材料在吸附后，可以通过分离、解吸附，实现循环利用。制备方法简单，易操作，原料来源广泛，绿色环保，可应用于土壤、废水、废液中，能有效降低六价铬浓度。附图说明：图1是实施例2以木屑为原料所得多孔磁性碳材料的透射电镜及扫描电镜图。由图1可以看出：材料表面具有发达的孔隙结构，并且内部掺杂了黑色的四氧化三铁。图2是实施例1以造纸废水提取的碱木素为原料所得多孔磁性吸附剂对六价铬的去除效率图。由图2可以看出：反应12小时之后，六价铬的去除效率可以达到95％以上。图3是实施例3以荷叶干粉为原料所得多孔磁性吸附剂对六价铬吸附转化效果图。由图3可以看出：该材料能有效地将六价铬还原为三价铬。图4是实施例4以玉米秸秆粉末为原料所得多孔磁性吸附剂磁性分离演示图由图4可以看出：多孔磁性材料可以用磁铁进行磁性分离。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔磁性六价铬吸附剂，其特征在于通过以下方法制备得到：1)对植物木质纤维素或工业废弃木质素、纤维素等植物生物质进行预处理；预处理方法为：将植物生物质磨碎，过200～500目筛，10g～50g植物生物质中加入1000mL去离子水，用盐酸、硫酸或硝酸调节植物生物质水溶液pH为2～3，浸泡24h～48h，6000～12000rpm离心，离心后取固体于30～60℃干燥12～24h；2)多孔磁性碳材料的制备：将步骤1)预处理的植物生物质与固体活化剂和液体活化剂混合后，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为7～8，浸泡24～36h，30～60℃干燥；取干燥后的固体进行球磨或水热反应；反应后的混合物离心洗涤并置于30～50℃干燥，取固体于管式炉中400～700℃通氮气活化2～6h，得到多孔磁性六价铬吸附剂；步骤2)中：所述固体活化剂与植物生物质的质量比为1:1，液体活化剂与植物生物质的质量比为1:3；所述固体活化剂为碳酸钾、碳酸钠或氢氧化钾的任意一种；所述液体活化剂为0.5～1.5mol/L的氯化铁、硝酸铁水溶液中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种多孔磁性六价铬吸附剂，其特征在于通过以下方法制备得到：1)对植物木质纤维素或工业废弃木质素、纤维素等植物生物质进行预处理；预处理方法为：将植物生物质磨碎，过200～500目筛，10g～50g植物生物质中加入1000mL去离子水，用盐酸、硫酸或硝酸调节植物生物质水溶液pH为2～3，浸泡24h～48h，6000～12000rpm离心，离心后取固体于30～60℃干燥12～24h；2)多孔磁性碳材料的制备：将步骤1)预处理的植物生物质与固体活化剂和液体活化剂混合后，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH为7～8，浸泡24～36h，30～60℃干燥；取干燥后的固体进行球磨或水热反应；反应后的混合物离心洗涤并置于30～50℃干燥，取固体于管式炉中400～700℃通氮气活化2～6h，得到多孔磁性六价铬吸附剂；步骤2)中：所述固体活化剂与植物生物质的质量比为1:1，液体活化剂与植物生物质的质量比为1:3；所述固体活化剂为碳酸钾、碳酸钠或氢氧化钾的任意一种；所述液体活化剂为0.5～1.5mol/L的氯化铁、硝酸铁水溶液中的任意一种。2.如权利要求1所述的一种多孔磁性六价铬吸附剂，其特征在于所述球磨反应是将干燥后的固体与2～15mL去离子水加入到球磨罐中，5000～12000rpm反应0.5～2h；所述水热反应是将干燥后的固体与2～30mL去离子水加入到反应釜中100～140℃反应0.5～2h。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：艾仕云，张文瑾，时伟杰，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37