一种吸附废水中酸性染料吲哚基多孔炭纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附废水中酸性染料吲哚基多孔炭纳米片的制备方法，属于炭材料制备技术领域。该方法以含氮的小分子吲哚为碳源，分别以纳米氧化钙和氢氧化钾为模板剂和活化剂，将三者研磨混合均匀后的混合物转移至刚玉舟中，放置于水平管式炉内，并在氩气气氛下，加热制得含氮多孔炭纳米片。该多孔炭纳米片可作为吸附剂，在平衡浓度为50mg/L时，其对酸性染料—酸性橙74的吸附量超过了280mg/g，较低平衡浓度下对酸性染料表现出优异的吸附性能。本发明专利技术以吲哚为碳源，直接制备废水中酸性染料吸附用含氮多孔炭纳米片，具有工艺简单、原料价廉易得等优点，实现了芳香杂环吲哚的高附加值利用。

Preparation of porous carbon nanosheets adsorbing acid dyes in Wastewater

The invention discloses a preparation method of indole-based porous carbon nanosheets for adsorbing acid dyes in wastewater, belonging to the technical field of carbon material preparation. The method uses small molecule indole containing nitrogen as carbon source, nanometer calcium oxide and potassium hydroxide as template and activator respectively, transfers the mixture after grinding and mixing uniformly to corundum boat, places it in a horizontal tube furnace, and prepares porous carbon nanosheets containing nitrogen by heating in argon atmosphere. The porous carbon nanosheet can be used as adsorbent. When the equilibrium concentration is 50 mg/L, the adsorption capacity of the porous carbon nanosheet to acid dye - acid orange 74 exceeds 280 mg/g, and it shows excellent adsorption performance to acid dye at lower equilibrium concentration. The present invention uses indole as carbon source to directly prepare nitrogen-containing porous carbon nanosheets for acid dye adsorption in wastewater. It has the advantages of simple process, low cost and easy access to raw materials, and realizes high value-added utilization of aromatic heterocyclic indole.

【技术实现步骤摘要】
一种吸附废水中酸性染料吲哚基多孔炭纳米片的制备方法
本专利技术属于炭材料制备
，具体涉及一种吸附废水中酸性染料多孔炭纳米片的制备方法。
技术介绍
我国的印染行业自改革开放以来快速发展，在给我们的生活带来方便的同时，也带来了资源浪费和环境污染等问题，尤其以印染废水导致的水污染问题相当严重。为了降低印染废水所带来的危害，物理、化学和生物方法被应用于处理印染废水，其中吸附法在处理印染废水中占有重要地位，它可以有效地将印染废水中的污染物除去，尤其对其他方法难以有效处理和难降解的污染物，处理后的水质好且稳定，具有适用范围广、易操作、成本低廉和高效等优点，其中吸附剂则是吸附技术的核心。多孔炭具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、丰富的官能团等优点作为吸附剂在水处理过程应用最为广泛。多孔炭的吸附范围较为宽泛，不仅可以吸附染料等有机物，也可以吸附金属离子等无机物，对于色度以及异臭等都能有较好的除去效果。为了进一步提高多孔炭对酸性染料的吸附性能，需对其表面进行化学修饰，其中，引入碱性官能团能有效的增加其与酸性染料的作用力，从而提高废水中酸性染料的去除效果。吲哚是一中芳香杂环含氮的有机化合物，溶于热水、热乙醇、乙醚、苯，其外观呈无色或浅黄色片状结晶，有特殊气味，露置空气中或见光色即变红并树脂化。吲哚广泛存在于自然界，其资源丰富易得，主要存在于天然花油、煤焦油、粪便以及很多有机物中等，广泛应用于各种精油、香精中，同时也是某些医药的中间体。
技术实现思路
为克服现有吸附剂对酸性染料吸附容量不够大的缺点，本专利技术提供了一种以吲哚为碳源，分别以廉价的氧化钙和氢氧化钾为模板和活化剂，直接制备可吸附废水中酸性染料的多孔炭纳米片的方法。该方法具体步骤如下：(1)反应物的预处理：将吲哚分多次加入装有氧化钙的研钵中，两者混合均匀；再将氢氧化钾研磨成粉末，将粉末状氢氧化钾分多次加入吲哚和氧化钙的混合物中混合均匀后，得到预处理后的反应物；其中，吲哚与氧化钙两者的质量比为1/4～5/6,吲哚与氢氧化钾两者的质量比为1/6～4/5。(2)吲哚基多孔炭纳米片的制备：把步骤(1)得到的反应物放入刚玉舟中，并将刚玉舟置于水平管式炉内，通入高纯氩气将所述管式炉内的空气排净，再以4℃/min的升温速率将管式炉加热至100℃，恒温30min，继续以4℃/min的升温速率将管式炉加热至800～900℃的终温，在此温度下恒温1h，反应结束后自然降至室温，将得到的产物取出、研磨,经酸洗、蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到吲哚基多孔炭纳米片。在步骤(1)中，作为优选，所述吲哚的质量为6g，所述氧化钙的质量为9g，所述氢氧化钾的质量为15g。在步骤(2)中，作为优选，将管式炉加热至900℃的终温。本专利技术是以芳香杂环吲哚为碳源，分别以氧化钙和氢氧化钾为模板和活化剂，原位活化制得废水中酸性染料吸附用多孔炭纳米片材料。所制备的多孔炭纳米片的比表面积介于1458～1629m2/g之间，总孔容介于0.95～1.27cm3/g之间。本专利技术得到的吲哚基多孔炭纳米片可以作为吸附剂在吸附废水中酸性染料中加以应用。在不同平衡浓度下，本专利技术对制备的吲哚基多孔炭纳米片进行了酸性染料吸附性能的测试。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、以芳香杂环小分子吲哚为碳源，原料来源广且价廉易得，采用一步炭化、活化法直接制备得到废水中染料吸附用吲哚基多孔炭纳米片，工艺简单，实现了芳香杂环吲哚的高附加值利用。2、所制备的吲哚基多孔炭纳米片为层状多孔炭纳米片，具有很高的比表面积，可达1629m2/g。3、所制备的多孔炭纳米片材料，用于吸附废水中的酸性染料，在平衡浓度为50mg/L时，其对酸性橙74的吸附量超过了280mg/g，表明其在较低平衡浓度下对酸性染料有优异的吸附性能。附图说明图1为本专利技术实施例1、2、3制备的多孔炭纳米片的氮吸脱附等温线。由图1可知，不同温度下制备的多孔炭的氮吸脱附曲线有明显的滞后环，属于典型的Ⅳ型等温线，说明制备的多孔炭中有着微孔和中孔的存在，是明显的分级结构。图2为本专利技术实施例1、2、3制备的多孔炭纳米片的孔径分布图。由图2可知，吲哚基多孔炭的孔径主要集中在1-3nm，同时还可以看出随着温度的升高，吲哚基多孔炭的中孔含量也在增加。图3为本专利技术实施例1制备的多孔炭纳米片的透射电镜照片。图4为本专利技术实施例2制备的多孔炭纳米片的透射电镜照片。图5为本专利技术实施例3制备的多孔炭纳米片的透射电镜照片。由图3～5可知，所制备的多孔炭具有明显的片状结构，且表面较为粗糙，随着温度的提高，炭壁层变得越来越薄，这主要是高温中KOH对炭层的刻蚀以及活化更加强烈。图6为本专利技术实施例3制备的吲哚基多孔炭纳米片的N1s图。从图6可以看出，HPC900表面含氮官能团主要是C-N-C、N-(C)3和C-N-H这三种，其结合能分别为398.3eV、400.5eV和401.8eV。图7为本专利技术实施例1、2、3制备的多孔炭纳米片吸附剂在不同平衡浓度下对酸性染料酸性橙74的吸附等温线。由图7可知，所制备的多孔炭纳米片对酸性橙74表现出极好的吸附性能，在平衡浓度为50mg/L时，其对酸性橙74的吸附量都超过了280mg/g。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但是本专利技术要保护的范围并不局限于实施例说明的范围，应当理解成事例性的，本领域的技术人员可以在不违背本专利技术精神和范围的基础上进行改变和修改，所有这些改变和修改包括在本专利技术范围内。实施例1吲哚基多孔炭纳米片HPC800的具体制备过程如下：(1)反应物的预处理：称取9g氧化钙于研钵中，分多次将6g吲哚加入装有氧化钙的研钵中，两者混合均匀；再称取15g的氢氧化钾研磨成粉末，将粉末状氢氧化钾分多次加入吲哚和氧化钙的混合物中混合均匀后，得到预处理后的反应物；(2)吲哚基多孔炭纳米片的制备：把步骤(1)得到的反应物放入刚玉瓷舟中，将所述刚玉舟放置于水平管式炉内，以30mL/min的流量通入高纯氩气将管式炉内的空气排净，然后在10mL/min的高纯氩气流速下，以4℃/min的升温速率将管式炉加热至100℃，恒温30min，继续以相同的升温速率加热至终温800℃，反应结束后自然降至室温。然后将得到的产物取出，研磨粉碎后放入烧杯中，加入2M稀盐酸，超声震荡1h，再用磁力搅拌器在室温下搅拌12h，静置12h后用80℃左右的蒸馏水洗涤至滤液为中性，将洗涤后的样品置于鼓风干燥箱内于110℃恒温干燥24h后研磨过325目筛，得到吲哚基多孔炭纳米片，所得材料标记为HPC800。XPS测试结果表明，其氮含量为5.89％。HPC800用作对废水中染料吸附的吸附剂，在不同平衡浓度下，对HPC800进行酸性染料—酸性橙74的吸附性能的测试，在平衡浓度50mg/L时，其对酸性橙74的吸附量达到285mg/g。实施例2吲哚基多孔炭纳米片HPC850的具体制备过程如下：(1)反应物的预处理：按照与实施例1中的步骤(1)同样的方法实施；(2)吲哚基多孔炭纳米片的制备：按照与实施例1中的步骤(2)同样的方法实施，不同之处在于，终温变为850℃。所得吲哚基多孔炭纳米片标记为HPC850，XPS测试结果表明，其氮含量为5.06％。HPC850用作对废水中染料吸附的吸附剂，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附废水中酸性染料吲哚基多孔炭纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)反应物的预处理：将吲哚分多次加入装有氧化钙的研钵中，两者混合均匀；再将氢氧化钾研磨成粉末，将粉末状氢氧化钾分多次加入吲哚和氧化钙的混合物中混合均匀后，得到预处理后的反应物；其中：吲哚与氧化钙的质量比为1/4～5/6,吲哚与氢氧化钾的质量比为1/6～4/5；(2)吲哚基多孔炭纳米片的制备：把步骤(1)得到的反应物放入刚玉舟中，并将刚玉舟置于水平管式炉内，通入高纯氩气将所述管式炉内的空气排净，再以4℃/min的升温速率将管式炉加热至100℃，恒温30min，继续以4℃/min的升温速率将管式炉加热至800～900℃的终温，在此温度下恒温1h，反应结束后自然降至室温，将得到的产物取出、研磨，经酸洗、蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到吲哚基多孔炭纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种吸附废水中酸性染料吲哚基多孔炭纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)反应物的预处理：将吲哚分多次加入装有氧化钙的研钵中，两者混合均匀；再将氢氧化钾研磨成粉末，将粉末状氢氧化钾分多次加入吲哚和氧化钙的混合物中混合均匀后，得到预处理后的反应物；其中：吲哚与氧化钙的质量比为1/4～5/6,吲哚与氢氧化钾的质量比为1/6～4/5；(2)吲哚基多孔炭纳米片的制备：把步骤(1)得到的反应物放入刚玉舟中，并将刚玉舟置于水平管式炉内，通入高纯氩气将所述管式炉内的空气排净，再以4℃/min的升温速率将管式炉加热至100℃，恒温30min，继续以4℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：余谟鑫，施伟，张香梅，丁瑞浩，吴胜华，张晨，何孝军，王晓婷，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34