一种胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术提供的一种胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法，其采用一步水热法制备所述吸附剂，该方法包含花生壳粉体的制备、悬浮液的制备、含有棕色沉淀的产物的制备和胺基功能化炭材料吸附剂的制备步骤。该方法具有制备过程简便、原料廉价易得和所制备炭材料吸附性能优异等显著优点，产物经一步水热法制得，能耗低，制备效率高；一定条件下花生壳浓度为120g/L、己二胺为氮源时，所制备的炭材料对Cr(VI)的吸附量达49.34mg/g、去除率达98.7％，循环3次后仍能达到80.0％以上的去除率；花生壳浓度为120g/L、DMF为氮源时，所制备的炭材料吸附Cr(VI)后，水体中Cr(VI)的残余浓度可以降至0.39mg/L，达到国家规定工业污水中Cr(VI)含量的排放标准。

Method for preparing amino functional peanut shell carbon material heavy metal adsorbent

An amine functionalized peanut shell carbon materials of heavy metal adsorbent preparation method of the invention, the step of hydrothermal preparation of the adsorbent, preparation, preparation of the suspension, containing brown precipitate product comprising the peanut shell powder preparation and amino functional carbon adsorbent material preparation steps. This method has simple and convenient preparation process, cheap materials and the preparation of carbon material with excellent adsorption performance and other advantages, product by one-step hydrothermal method, low energy consumption, high production efficiency; the concentration of peanut shell under certain conditions for 120g/L, hexanediamine as nitrogen source, the carbon material prepared for Cr (VI) adsorption capacity of 49.34mg/g, the removal rate reached 98.7%, after 3 cycles can reach more than 80% removal of peanut shell; the concentration of 120g/L and DMF as nitrogen source, the carbon material prepared by adsorption of Cr (VI), Cr (VI) in water can be reduced to the residual concentration 0.39mg/L, meet the national requirements in industrial wastewater Cr (VI) content of the emission standard.

【技术实现步骤摘要】
一种胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法
本专利技术涉及碳基复合吸附材料的制备和应用
，确切地说是一种用于水体中剧毒污染物Cr(VI)吸附，以花生壳为原料一步水热法制备胺基功能化炭材料吸附剂的制备方法。
技术介绍
铬污染主要来源于蹂革、采矿、钢与合金、染料和颜料制造等生产行业。水体中的铬主要以Cr(VI)存在，Cr(VI)具有很强的毒性，工业废水中Cr(VI)的浓度一般在50-250mg/L，如处理不当，六价铬可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径侵入入体，主要聚集在肝肾和内分泌腺中，引起慢性中毒，导致局部器官损坏进并进一步恶化，严重危害入类健康。在众多Cr(Ⅵ)的去除方法中，基于活性炭基吸附材料的吸附法具有操作简单和去除率高等优点，因而受到关注。然而常见的活性炭吸附剂因其原料来源及制备工艺等问题使得价格较为昂贵。传统活性炭主要来自煤等不可再生的化石燃料，其制备过程中存在环境污染问题。生物质资源作为可再生碳源，具有来源广、价格低、可再生和环境友好等优点，因而以生物质为原料制备炭材料吸附剂逐渐受到关注。例如，俞力家等人(俞力家,孙保帅,王天贵.花生壳制活性炭及其脱六价铬研究[J].化学工程师,2009,(8):8-12.)用50％的H3PO4水溶液以液固比2:1的比例浸渍花生壳，在400-600℃下热解2-4h，可以得活性炭吸附剂，该花生壳活性炭吸附剂用于脱除水溶液中的Cr(VI)。在溶液pH＝2时，由H3PO4活化得到的活性炭对Cr(VI)的吸附量可达125.0mg/g，但吸附后溶液的Cr(VI)残余浓度在300mg/L以上。再如，李章良等人(李章良，崔芳芳，杨茜麟，赫三毛，涂林昌，李佳议.花生壳活性炭对水溶液中Cr(VI)的吸附性能[J].环境工程学报,2014,8(9):3778-3784.)将花生壳用自来水洗净后，在105℃烘箱中烘干24h至恒重，经粉碎机粉碎后用尼龙筛筛分后，按浸渍比1:1将筛分样浸入质量浓度为25％的ZnCl2溶液中，充分浸泡24h，过滤，烘干。然后将烘干花生壳置，在N2保护下置于微波炉中(2.45GHz,700W)微波活化15min。将样品冷却，洗涤，干燥后，即得活性炭吸附剂。实验表明，当吸附剂投加量为0.2g时，在Cr(VI)初始浓度为20mg/L、PH值为2.0条件下，吸附反应180min后，该吸附剂对Cr(VI)的去除率可维持在94.13％以上。但上述报道的炭材料吸附剂制备方法都需要对原料进行高温热处理，样品制备能耗大，且制备过程中所使用的酸会对环境造成一定污染。在各种炭材料的制备方法中，水热法具有以下优点：(1)设备简单，水热过程容易控制；(2)产物含有丰富的羧基和羟基等含氧基团；(3)水热温度、水热时间、反应物种类和浓度以及pH等过程因素可以定向调控，制备出具有特定晶型、形貌和粒径的产物。通过胺基功能化增加炭材料表面的活性位点，来提升水体中重金属离子的吸附能力的方法已有报道。Sharififard等人(SharififardH,SoleimaniM,AshtianiFZ.J.Evaluationofactivatedcarbonandbio-polymermodifiedactivatedcarbonperformanceforpalladiumandplatinumremoval[J].TaiwanInst.Chem.E.,2012,43(5):696.)先将活性炭放入油酸中保存4h，经过滤、冲洗、干燥，形成酸处理的活性炭，然后将其分散入油酸溶解的壳聚糖，于50℃左右搅拌16h后，把此胶体混合物逐滴加入到NaOH溶液中，形成胺基化活性炭。采用壳聚糖功能化的活性炭来去除水中的Pd(II)和Pt(II)，吸附容量分别达到了43.5mg/g和52.6mg/g。但该方法制备的吸附材料的吸附容量较低，且炭材料的制备及改性分多步进行，制备工序较多，周期性较长。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种原料价廉、工艺简单、能耗低、对水体中Cr(VI)吸附性能优异的胺基功能化炭材料吸附剂的一步制备方法。所制备的吸附剂对水体中Cr(VI)具有吸附量大、吸附速率快，循环吸附性能好的特点。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法，是采用一步水热法制备所述吸附剂，该方法包含以下步骤：(1)花生壳粉体的制备：将花生壳依次用去离子水洗涤、80℃下干燥12h后研磨，得到花生壳粉体；(2)悬浮液的制备：分别称取一定量花生壳粉体和有机胺，室温下加入到去离子水中后搅拌，得到悬浮液；(3)含有棕色沉淀的产物的制备：将上述悬浮液转移至100ml内衬聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应完成后自然冷却至室温，得到含有棕色沉淀的产物；(4)胺基功能化炭材料吸附剂的制备：分离并用去离子水洗涤上述棕色沉淀的产物至滤液澄清无色时为止，然后用无水乙醇洗涤滤饼1次，进一步将棕色滤饼在60℃下真空干燥12h，制得所述的吸附剂。上述步骤(1)中，将干燥后的花生壳研磨至20-40目。上述步骤(2)中，所述的有机胺为乙二胺、己二胺和N,N-二甲基甲酰胺中的一种。上述步骤(2)中，所述花生壳粉体、有机胺和去离子水的质量比为1：(0.3-1.58)：(6.66-8.33)。上述步骤(3)中，所述水热反应的条件为：水热温度200-240℃、水热时间8-12h。本专利技术提供的上述方法，其制备的胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂用于吸附pH为3、浓度为1-150mg/L的Cr(VI)溶液。该材料用于吸附Cr(VI)和100mg/LCd(II)、Cu(II)、Zn(II)和Ni(II)的混合重金属离子溶液。该材料吸附Cr(VI)后用0.01mol/L的NaOH溶液脱附，脱附后的胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂循环利用。本专利技术所依据的原理是：生物质在水热反应过程中可发生脱水、脱羧、脱羰基及缩聚等反应，在此过程中引入有机胺源，一方面可以形成与褐煤和泥炭类似的复合固体燃料；另一方面，水热过程会发生水热交联反应，使生物质炭化过程中得到胺基功能化炭材料。本专利技术与现有技术相比具有以下主要优点：(1)可以采用来源广泛的农业废渣花生壳生物质作为碳源；(2)可以采用条件温和的水热法一步法制备胺基功能化炭材料吸附剂，工艺简单，制备效率大幅度提高；一定条件下花生壳浓度为120g/L、己二胺为氮源时，所制备的炭材料对Cr(VI)的吸附量达49.34mg/g、去除率达98.7％，循环3次后仍能达到80.0％以上的去除率；花生壳浓度为120g/L、DMF为氮源时，所制备的炭材料吸附Cr(VI)后，水体中Cr(VI)的残余浓度可以降至0.39mg/L，达到国家规定工业污水中Cr(VI)含量的排放标准；(3)所制备胺基功能化炭材料对水体中的Cr(VI)具有较高的去除率，一定条件下，经胺基功能化炭材料吸附剂处理废水后的Cr(VI)含量能达到国家规定工业废水的排放标准，并且吸附Cr(VI)后的胺基功能化炭材料脱附后可以再生循环使用。附图说明图1-图3为实施例1-3中制备的样品对Cr(VI)的吸附动力学曲线；图4为实施例4中样品对混合阳离子去除率；图5为实施例2中制备的样品及其再生循环1次、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法，其特征是采用一步水热法制备所述吸附剂，该方法包含以下步骤：(1)花生壳粉体的制备：将花生壳依次用去离子水洗涤、80℃下干燥12h后研磨，得到花生壳粉体；(2)悬浮液的制备：分别称取一定量花生壳粉体和有机胺，室温下加入到去离子水中后搅拌，得到悬浮液；(3)含有棕色沉淀的产物的制备：将上述悬浮液转移至100ml内衬聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应完成后自然冷却至室温，得到含有棕色沉淀的产物；(4)胺基功能化炭材料吸附剂的制备：分离并用去离子水洗涤上述棕色沉淀的产物至滤液澄清无色时为止，然后用无水乙醇洗涤滤饼1次，进一步将棕色滤饼在60℃下真空干燥12h，制得所述的吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种胺基功能化花生壳炭材料重金属吸附剂的制备方法，其特征是采用一步水热法制备所述吸附剂，该方法包含以下步骤：(1)花生壳粉体的制备：将花生壳依次用去离子水洗涤、80℃下干燥12h后研磨，得到花生壳粉体；(2)悬浮液的制备：分别称取一定量花生壳粉体和有机胺，室温下加入到去离子水中后搅拌，得到悬浮液；(3)含有棕色沉淀的产物的制备：将上述悬浮液转移至100ml内衬聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，反应完成后自然冷却至室温，得到含有棕色沉淀的产物；(4)胺基功能化炭材料吸附剂的制备：分离并用去离子水洗涤上述棕色沉淀的产物至滤液澄清无色时为止，然后用无水乙醇洗涤滤饼1次，进一步将棕色滤饼在60℃下真空干燥12h，制得所述的吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中将干燥后的花生壳研磨至20-40目。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，魏家豪，赵亚真，李忠磊，刘莹，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42