一种高效吸附Cr(VI)的碳‑氧化铝复合材料的制备方法技术

本发明专利技术是一种高效吸附Cr(VI)的碳‑氧化铝复合材料的制备方法。该方法是：将醇铝盐在弱酸性条件下水解得到拟薄水铝石溶胶，所得溶胶与已溶有一定量十二烷基硫酸钠的葡萄糖溶液混合均匀，并加入一定量乙醇，经水热、分离、干燥、焙烧，制得所述的碳‑氧化铝复合材料，其对浓度低于80mg/L的Cr(VI)溶液的去除率达到98.2％以上；与组成单一的碳球和介孔氧化铝相比，本方法所制备的碳‑氧化铝复合材料对毒性Cr(VI)的吸附量和吸附速率有较大提高，一定条件下其对Cr(VI)的较佳吸附量可达到119.3mg/g；该材料对初始浓度均为100mg/L的Cr(VI)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)和Ni(II)混合溶液中的Cr(VI)也表现出良好的选择吸附性能，选择性吸附量达76.5mg/g，其对初始浓度相同的单一Cr(VI)溶液的吸附量为78.58mg/g。

An efficient adsorption of Cr (VI) method for preparation of carbon alumina composites

The invention is an efficient adsorption of Cr (VI) method for preparation of carbon alumina composites. The method is: the aluminum alkoxide salt under acidic condition the hydrolysis of boehmite sol, sol and mixed solution has obtained a certain amount of twelve sodium dodecyl sulfate glucose solution uniformly, adding a certain amount of ethanol, by hot water, separation, drying, roasting, carbon alumina composites prepared by the 80mg/L, the concentration is lower than Cr (VI) solution, the removal rate reached more than 98.2%; and compared with the single carbon spheres and mesoporous alumina, the prepared carbon alumina composites prepared on the toxicity of Cr (VI) adsorption capacity and adsorption rate were increased under certain conditions. The Cr (VI) has good adsorption capacity can reach 119.3mg/g; the materials are 100mg/L Cr of initial concentration (VI), Cd (II), Cu (II), Zn (II) and Ni (II) in the mixed solution of Cr (VI) also showed good selective adsorption properties the selective adsorption capacity of. 76.5mg/g, the adsorption capacity of a single Cr (VI) solution of the same initial concentration is 78.58mg/g.

【技术实现步骤摘要】
一种高效吸附Cr(VI)的碳-氧化铝复合材料的制备方法
本专利技术属于氧化铝和活性炭复合材料的制备及其在吸附重金属离子中的应用
，确切地说是一种用于高效吸附有毒重金属离子Cr(VI)的碳-氧化铝复合材料的制备方法。
技术介绍
水污染成为当今最严重的环境问题，地表水含有的铬酸根离子是一种常见的污染物，对人体和动植物有巨大危害，并引起人们的广泛关注。含铬酸根离子的污染物来自于各种工业活动，如油漆行业、纺织印染、皮革、金属加工以及电镀等。重金属离子的处理方法有很多，例如化学沉淀法、离子交换法、电解法、吸附法等，其中多孔固体吸附法具有操作简便和实用性强等优点，非常适用于较低浓度含铬废水的深度处理。碳-氧化铝复合材料由无机氧化铝和有机碳构成，氧化铝和活性炭均显正电性，而且焙烧后结构稳定，能高效吸附重金属离子Cr(VI)且易于从水体中分离。CN101746793B报道了一种制备空心介孔氧化铝颗粒的方法，其方法是在酸性条件下制备显正电性的薄水铝石溶胶，室温下，该溶胶在高分子电解质的作用下聚沉并沉积在高分子电解质表面上，最终焙烧即得空心介孔氧化铝，该合成步骤较为简单，未使用任何胶体颗粒作为核模板合成出空心介孔氧化铝。CN102838162A公布了一种将二氧化钛前驱体溶于一定比例的水-有机溶剂体系中，混合物经过溶剂热处理后，固液分离得到多孔二氧化钛空心球的方法，此产品可作为重金属离子Cr(VI)的吸附剂，但吸附量仅有14mg/g。CN103551104A公开了一种吸附Cr(VI)并可循环再生的分级镁铝水滑石的制备方法，其最大吸附量达到46.5mg/g，但其对Cr(VI)的吸附去除率较低。近来，无机物和有机物的复合材料因无机物具有孔径可调、比表面积较大、化学性质稳定、结晶性能良好以及有机碳材料韧性和机械性能优良引起人们的广泛关注。例如，Chen等人[H.Chen,J.X.Li,X.L.Wu,X.K.Wang.Synthesisofalumina-modifiedcigarettesootcarbonasanadsorbentforefficientarsenateremoval.Ind.Eng.Chem.Res.,2014,53,16051–16060]通过水热法成功制备出对砷具有较好吸附性能的碳-氧化铝复合材料，烟灰作为原料廉价易得，不需要热处理就具有丰富孔道结构，但是该复合材料需要高转速的离心作用才能从水体中分离出来，由烟灰制备的吸附剂用于水处理可能会引入其他污染物，如尼古丁、烟碱、焦油、氰化物及放射性物质等致癌物质。CN105107486A公布了一种用于毒性Cr(VI)吸附的拟薄水铝石复合薄膜的制备方法，其方法是在碱性条件下沉淀无机铝盐溶液，加入成膜剂和结构调节剂，经流延成型和干燥处理后即可制得拟薄水铝石复合薄膜，该薄膜对低浓度Cr(VI)溶液具有较高去除率，而且易于从水体中分离，但较佳吸附量仅为17.8mg/g。综上，高效吸附污水中重金属离子的吸附剂已有很多报道，但本专利技术采用水热碳化法制备碳-氧化铝复合材料，用结构调节剂调控形貌，使其具有较高比表面积，提高了其对重金属离子的处理能力，并且具有良好的选择吸附性能。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：提供以廉价且环境友好的葡萄糖为碳源，水解速度较快的异丙醇铝作为铝源，在温和的反应条件下，选择合适的胶溶剂和结构调节剂制备出对Cr(VI)具有高效吸附性能的碳-氧化铝复合材料。本专利技术解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：(1)将一定量异丙醇铝缓慢加入到72ml去离子水中，油浴加热至90℃并水解1h，滴加5ml、2mol/L的硝酸溶液并维持在90℃下冷凝回流12h，冷却至室温后即得拟薄水铝石溶胶；(2)室温下取一定量C6H12O6·H2O和SDS溶于40ml去离子水中，加入一定量拟薄水铝石溶胶搅拌混匀，再加入一定量质量分数为99.5％的无水乙醇，超声10min，得到悬浮液，将所得悬浮液装入反应釜中水热，反应结束后自然冷却，对所得水热产物用水和质量分数为99.5％的无水乙醇交替洗涤三次并离心分离，将离心产物普通干燥并在500℃、N2气氛下焙烧4h，得到碳-氧化铝复合材料。所述步骤(2)中结构调节剂SDS的加入量为32～70mg。所述步骤(2)中拟薄水铝石溶胶和C6H12O6·H2O的比例不同，其质量比为1.25～2.5，拟薄水铝石溶胶的加入量为5～10g。所述步骤(2)中加入分散剂乙醇的加入量为5～10ml。所述步骤(2)中水热反应的温度为160～180℃，时间为8～12h。所述步骤(2)中普通干燥的温度为60～90℃，干燥时间为4～6h。所述步骤(2)中制备的碳-氧化铝复合材料用于吸附pH为3.0、初始浓度为0.5～500mg/L的Cr(VI)溶液，吸附剂投加量为1g/L，一定条件下吸附剂对Cr(VI)的较佳吸附量为119.32mg/g。所述步骤(2)中制备的碳-氧化铝复合材料用于吸附pH为3.0、初始浓度均为100mg/L的Cr(VI)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)和Ni(II)五种重金属离子的混合溶液，吸附剂投加量为1g/L，其对Cr(VI)选择性吸附量达76.5mg/g。本专利技术的技术方案所依据的反应原理是：将醇铝盐缓慢加入去离子水中水解，并会发生聚合反应，待水解一段时间后加入一定量稀硝酸溶液，硝酸根离子不与铝离子进行强的化合作用，当铝离子浓度低时，酸可以提供足够的电荷作用，使得聚合反应速率高于水解反应速率，形成胶粒更大的溶胶，并且胶粒的稳定性高、比表面积大，较长时间的回流可以促进有机铝盐的彻底水解；加入的结构调节剂SDS中硫酸根离子有助于C6H12O6·H2O在水热碳化过程中分子间的脱水缩合形成球，将溶胶与葡萄糖溶液混合后加入乙醇分散，通过碳球表面的丰富羟基和含氧集团与铝键合的氢氧进行结合，因此混合均匀的体系中，拟薄水铝石溶胶均匀的分布在球的表面，而且形成的包覆比较紧密；焙烧处理可以除去结构调节剂和一些杂质，并提供丰富的孔道结构，焙烧后外层的γ-Al2O3具有良好的机械性能，使吸附剂易于从水体中分离而不带来二次污染，碳-氧化铝复合材料可以利用较大的比表面积和丰富的活性组分提供大量的Cr(VI)离子吸附位点。与其它Cr(VI)吸附剂相比，本专利技术具有以下优点：(1)制备过程简单，反应条件温和，对设备的要求较低；(2)制备的碳-氧化铝复合材料具有较好的吸附性能，一定条件下吸附剂的较佳吸附量为119.32mg/g；(3)制备的碳-氧化铝复合材料具有良好的选择吸附性能，吸附相同浓度的Cr(VI)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)和Ni(II)五种重金属离子的混合溶液时，其对Cr(VI)的选择性吸附量达76.5mg/g,而吸附剂对单一Cr(VI)溶液的吸附量为78.58mg/g。附图说明图1中b、d图分别为实施例1的扫描电镜照片和透射电镜照片，a、c图分别为实施例8的扫描电镜照片和透射电镜照片。图2为实施例1-6及实施例8-9所制备的吸附剂的吸附动力学曲线。图3为实施例1所制备的碳-氧化铝复合材料的吸附等温线。图4为实施例1和实施例5所制备碳-氧化铝复合材料的N2吸附脱附等温线(e)和孔径分布曲线(f)。图5为实施例1所制备碳-氧化铝复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效吸附Cr(VI)的碳‑氧化铝复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)将8.18g异丙醇铝缓慢加入到72ml去离子水中，油浴加热至90℃并水解1h，滴加5ml、2mol/L的硝酸溶液并维持在90℃下冷凝回流12h，冷却至室温后即得拟薄水铝石溶胶；(2)室温下取一定量一水葡萄糖(C6H12O6·H2O)和十二烷基硫酸钠(SDS)溶于40ml去离子水中，加入一定量上述拟薄水铝石溶胶，搅拌混匀后加入一定量质量分数为99.5％的无水乙醇，超声10min，得到悬浮液，将所得悬浮液装入反应釜中水热，水热产物依次经自然冷却、水和质量分数为99.5％的无水乙醇交替洗涤三次并离心分离，将离心产物普通干燥并在500℃、N2气氛下焙烧，得到所述的碳‑氧化铝复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高效吸附Cr(VI)的碳-氧化铝复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)将8.18g异丙醇铝缓慢加入到72ml去离子水中，油浴加热至90℃并水解1h，滴加5ml、2mol/L的硝酸溶液并维持在90℃下冷凝回流12h，冷却至室温后即得拟薄水铝石溶胶；(2)室温下取一定量一水葡萄糖(C6H12O6·H2O)和十二烷基硫酸钠(SDS)溶于40ml去离子水中，加入一定量上述拟薄水铝石溶胶，搅拌混匀后加入一定量质量分数为99.5％的无水乙醇，超声10min，得到悬浮液，将所得悬浮液装入反应釜中水热，水热产物依次经自然冷却、水和质量分数为99.5％的无水乙醇交替洗涤三次并离心分离，将离心产物普通干燥并在500℃、N2气氛下焙烧，得到所述的碳-氧化铝复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤(2)中结构调节剂SDS的加入量为32～70mg。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤(2)中加入拟薄水铝石溶胶和C6H12O6·H2O的质量比为1.25～2.5，拟薄水铝石溶胶的加入量为5～10g。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤(2)中乙醇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，韩博文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42