一种镍离子吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍离子吸附剂及其制备方法，将核桃青皮干燥后得到干核桃皮；将干核桃皮和草酸铵粉碎并混合，得混合样品；将混合样品碳化热解，得初始吸附剂；初始吸附剂浸渍再活化，得活化吸附剂；用高锰酸钾溶液改性，得镍离子吸附剂。本发明专利技术镍离子吸附剂具有一定的孔道结构，且表面富含O元素和N元素，含O元素化学官能和含N元素官能团通过化学键作用吸附废水中的镍离子，吸附效果优异，对镍离子的最大吸附量可达106mg/g，远高于其他镍离子吸附剂。

A nickel ion adsorbent and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种镍离子吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及一种用于吸附废水中镍离子的吸附剂，尤其涉及的是一种镍离子吸附剂及其制备方法。
技术介绍
镍元素是最常见的致敏性金属元素，镍离子会引起人体过敏。在与人体接触时，镍离子可以通过毛孔和皮脂腺渗透到皮肤里面去，从而引起皮肤过敏发炎，其临床表现为皮炎和湿疹。一旦出现致敏，镍过敏能常无限期持续。镍过敏性皮炎临床表现为瘙痒、丘疹性或丘疹水疱性的皮炎，伴有苔藓化。并且过量的镍离子会造成身体细胞组织癌变，因此含镍离子废水的处理非常必要。在中国专利技术专利申请：CN102350225A中公开了一种吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜，当PVDF与凹凸棒土的质量比为1：0.01时，所制备的杂化膜对镍离子的吸附率不到20％，吸附效果较差。在中国专利技术专利申请：CN109107549A中公开了一种吸附废水中重金属镍离子的纳米纤维膜的制备方法，该纳米纤维膜对镍离子的最大吸附量仅有29mg/g,吸附量比较低，且原料中使用了价格比较昂贵的氧化石墨烯，成本相对较高。在中国专利技术专利申请：CN104857939A中公开了一种去除水中重金属镍离子的杂化吸附剂的制备方法，该方法所制备的杂化吸附剂对水体中镍离子的吸附量为45.53～71.41mg/g，吸附量一般。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：如何提高对镍离子的吸附能力，提供了一种镍离子吸附剂及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括以下步骤：(1)将核桃青皮干燥后得到干核桃皮；(2)将干核桃皮和草酸铵按照质量比3～7：7～3粉碎并混合，得混合样品；(3)将混合样品碳化热解，得初始吸附剂：将混合样品通入惰性气体进行热解碳化，热解碳化的加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为2～5℃/min，终温为510～540℃，保温时间为350～380min，然后自然降温；(4)初始吸附剂浸渍再活化，得活化吸附剂：按质量份数称取1～1.2份初始吸附剂、2～3份氢氧化钾，再将初始吸附剂和氢氧化钾混合后加入6～8份的去离子水，搅拌至氢氧化钾完全溶解，在25～30℃的温度下放置24～26h，浸渍完成；将静置后的初始吸附剂干燥后通入惰性气体加热，加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为5～8℃/min，终温为840～880℃，保温时间为50～70min，然后自然降温，得活化吸附剂；(5)用高锰酸钾溶液改性，得镍离子吸附剂：用高锰酸钾溶液淹没活化吸附剂，并滴入3～5滴浓硫酸，搅拌均匀后在室温下放置7～10h，然后过滤、干燥即可。作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(1)中，核桃青皮在鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为60～70℃。作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(2)中，混合样品的粒度小于180目。作为本专利技术的优选方式之一，所述惰性气体为氮气。作为本专利技术的优选方式之一，所述高锰酸钾的浓度为0.1mol/L。一种使用所述的镍离子吸附剂的制备方法制得的镍离子吸附剂。所述镍离子吸附剂的比表面积为8.03～14.91m2/g，孔径为20～150nm。所述镍离子吸附剂中含有C元素、O元素和N元素，其中C元素含量为60.48～71.81％，O元素含量为24.06～35.28％，N元素含量为4.13～4.27％。所述镍离子吸附剂中含O元素的官能团为C＝O和C-O，其中C＝O含量为12.45～16.94％、C-O含量为9.23～18.34％。所述镍离子吸附剂中含N元素的官能团为C-N-C和C-N-H，其中C-N-C的含量为3.21～3.41％，C-N-H的含量为0.72～1.03％。本专利技术所制备的镍离子吸附剂具有一定的孔道结构，在相同的质量条件下，孔道结构越多，则吸附剂的比表面积越大，因此所能提供的镍离子附着点越多，对于吸附量有促进作用。该方法所制备的镍离子吸附剂具有大小不一的孔道结构，这些孔道结构得益于氢氧化钾的浸渍再活化过程，氢氧化钾能够在较高的温度条件下对生物质碳材料进行刻蚀造孔，因此该方法制备的吸附剂具有一定的比表面积，有利于金属离子的吸附。草酸铵中含有较多的N元素，在制备初始吸附剂的时候，加入了一定质量的草酸铵，草酸铵在高温的条件下会分解成氨气、二氧化碳、一氧化碳和水，其中氨气中的N元素会和碳基材料结合，从而提高初始吸附剂的N元素含量，N元素主要以C-N-C和C-N-H的形式存在，对镍离子起到化学吸附作用。且草酸铵在高温条件下分解为气体，产生的气体对初始吸附剂也有一定的活化造孔作用。高锰酸钾具有强氧化作用，在高锰酸钾改性的过程中加入3-5滴硫酸，能够使溶液呈酸性，增强高锰酸钾的氧化性能，通过高锰酸钾的氧化改性，能够增加镍离子吸附剂的含O官能团，其中该镍离子吸附剂的O元素主要为C＝O和C-O，通过化学吸附的方式去除水体中的镍离子。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术镍离子吸附剂具有一定的孔道结构，且表面富含O元素和N元素，含O元素化学官能和含N元素官能团通过化学键作用吸附废水中的镍离子，吸附效果优异，对镍离子的最大吸附量可达106mg/g，远高于其他镍离子吸附剂。本专利技术在制备初始吸附剂使引入草酸铵，草酸铵可以增加镍离子吸附剂的N元素含量，增强吸附剂化学吸附的能力。本专利技术采用高锰酸钾氧化改性的方法，有效提高了镍离子吸附剂的O元素含量，增加了吸附剂化学吸附的能力。通过氢氧化钾溶液浸渍活化造孔的方法对初始吸附剂进行造孔，能够提高初始吸附剂的比表面积，改善初始吸附剂比表面积小的缺点。附图说明图1是本专利技术镍离子吸附剂的制备流程图；图2是本专利技术镍离子吸附剂的氮气吸脱附曲线图；图3是本专利技术镍离子吸附剂的孔径分布曲线图；图4是本专利技术中sample1的XPS分析图；图5是本专利技术中sample1的Ols轨道分析；图6是本专利技术中sample1的Nls轨道分析；图7是本专利技术镍离子吸附剂的吸附等温线图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例的镍离子吸附剂的制备方法包括以下步骤：(1)将核桃青皮用鼓风干燥箱干燥，其中鼓风干燥箱的温度为65℃，得干核桃皮。(2)将干核桃皮和草酸铵按质量比3：7粉碎并混合，得混合样品，其中混合样品的粒度小于180目。(3)将混合样品碳化热解：将混合样品装入刚玉舟中，再将刚玉舟放入管式炉中，并通入惰性气体，热解碳化的加热程序如下：初始温度为25℃，升温速率为4℃/min，终温为530℃，保温时间为360min，然后自然降温，得初始吸附剂。((4)初始吸附剂浸渍、活化：浸渍的具体过程如下：按质量份数称取1份初始吸附剂、2份氢氧化钾，再将初始吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将核桃青皮干燥后得到干核桃皮；/n(2)将干核桃皮和草酸铵按照质量比3～7：7～3粉碎并混合，得混合样品；/n(3)将混合样品碳化热解，得初始吸附剂：/n将混合样品通入惰性气体进行热解碳化，热解碳化的加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为2～5℃/min，终温为510～540℃，保温时间为350～380min，然后自然降温；/n(4)初始吸附剂浸渍再活化，得活化吸附剂：/n按质量份数称取1～1.2份初始吸附剂、2～3份氢氧化钾，再将初始吸附剂和氢氧化钾混合后加入6～8份的去离子水，搅拌至氢氧化钾完全溶解，在25～30℃的温度下放置24～26h，浸渍完成；/n将静置后的初始吸附剂干燥后通入惰性气体加热，加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为5～8℃/min，终温为840～880℃，保温时间为50～70min，然后自然降温，得活化吸附剂；/n(5)用高锰酸钾溶液改性，得镍离子吸附剂：/n用高锰酸钾溶液淹没活化吸附剂，并滴入3～5滴浓硫酸，搅拌均匀后在室温下放置7～10h，然后过滤、干燥即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将核桃青皮干燥后得到干核桃皮；
(2)将干核桃皮和草酸铵按照质量比3～7：7～3粉碎并混合，得混合样品；
(3)将混合样品碳化热解，得初始吸附剂：
将混合样品通入惰性气体进行热解碳化，热解碳化的加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为2～5℃/min，终温为510～540℃，保温时间为350～380min，然后自然降温；
(4)初始吸附剂浸渍再活化，得活化吸附剂：
按质量份数称取1～1.2份初始吸附剂、2～3份氢氧化钾，再将初始吸附剂和氢氧化钾混合后加入6～8份的去离子水，搅拌至氢氧化钾完全溶解，在25～30℃的温度下放置24～26h，浸渍完成；
将静置后的初始吸附剂干燥后通入惰性气体加热，加热程序如下：初始温度为20～30℃，升温速率为5～8℃/min，终温为840～880℃，保温时间为50～70min，然后自然降温，得活化吸附剂；
(5)用高锰酸钾溶液改性，得镍离子吸附剂：
用高锰酸钾溶液淹没活化吸附剂，并滴入3～5滴浓硫酸，搅拌均匀后在室温下放置7～10h，然后过滤、干燥即可。


2.根据权利要求1所述的一种镍离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，核桃青皮在鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为60～70℃。


3.根据权利要求1所述的一种镍离...

【专利技术属性】
技术研发人员：余谟鑫，蒯乐，施伟，孟迪，王傲，王大松，张晨，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