一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术为一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法及其应用。该吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将葡萄糖水热碳球分散在去离子水中，加入吡咯、还原性氨基酸，搅拌反应后滴加FeCl

Preparation and application of a reduced amino acid doped polypyrrole adsorbent

【技术实现步骤摘要】
一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法及其还原-吸附去除水中重金属Cr6+的应用。本专利技术涉及新材料制备和吸附剂领域。
技术介绍
随着世界水体重金属污染的日益严峻，大量的有毒重金属被排放到水体中。其中，尤其以高毒性、强氧化性和强致癌性的Cr6+难以治理。治理Cr6+需要同时对Cr6+实现还原和吸附过程，这就迫使人们开发新的重金属吸附剂，将高毒性的Cr6+还原为低毒性的Cr3+，并将其从水中还原-吸附去除。聚吡咯是一种不溶于水的导电高分子，其自身具有较低的氧化还原电位和一些吸附位点，可以将部分Cr6+还原为Cr3+，并将Cr6+和Cr3+从水体中吸附去除。但是较少的吸附位点限制了它在吸附能力。因此，对聚吡咯进行共聚和掺杂以增加聚吡咯官能团是改善聚吡咯吸附性能的有效方法。此外，由于聚吡咯抗氧化能力有限，在高浓度的Cr6+水溶液中极易被氧化腐蚀，这也导致了聚吡咯吸附剂的难以进一步发展。为此，人们发展了多种方法来对聚吡咯进行改性。其中，对聚吡咯进行掺杂改性是提升其还原-吸附性能的重要策略。目前，已有使用质子酸、无机盐和氨基酸对聚吡咯进行吸附性能提升的报道。NiladriBallav等(Highefficientremovalofchromium(VI)usingglycinedopedpolypyrroleadsorbentfromaqueoussolution[J].ChemicalEngineeringJournal,2012,198–199:536–546.(用甘氨酸掺杂聚吡咯吸附剂从水溶液中高效去除六价铬))经过试验发现，氨基酸可以有效提升聚吡咯对Cr6+的吸附性能。这预示着氨基酸掺杂提供了多种官能团，可以有效提升吸附性能，若使用还原性的氨基酸掺杂，还可能具有提升还原能力的特点。但如何将还原性氨基酸掺杂在聚吡咯中制备还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂，实现简单可靠的实验制备，仍然具有挑战性。因此，目前还没有成熟的方法制备还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂，并同时实现对Cr6+的还原-吸附以及抗Cr6+氧化的能力。
技术实现思路
本专利技术针对当前技术中的存在的不足，提出一种制备还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法及其应用。所述方法制得新型吸附剂，通过以还原性氨基酸为掺杂剂，形成可以有效还原高毒性Cr6+为低毒性Cr3+的还原性二硫键，以及有效吸附Cr6+的氨基和羧基。并将其应用在水中Cr6+的还原-吸附中，表现出较高的吸附量和较强的还原能力。本专利技术得到的还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂在增大吸附量的同时，还增强吸附剂的还原性，并防止了在高浓度Cr6+溶液中吸附剂被氧化腐蚀。为达到上述专利技术目的，本专利技术技术方案为：一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将葡萄糖溶液装入水热反应釜中，180～250℃下处理2～8h，将产物抽滤，洗涤得到的固体，洗至滤液无色；得到的棕黄色固体产物在60～150℃干燥，即为葡萄糖水热碳球；其中，所述的葡萄糖溶液的浓度为0.2～0.5mol/L；(2)将葡萄糖水热碳球分散在去离子水中，使用细胞破碎仪超声分散2～8h；之后加入吡咯、还原性氨基酸，在磁力搅拌下搅拌12～24h，温度控制在-5～5℃，滴加FeCl3·6H2O溶液，并在此条件下继续反应4～8h，得到的黑色悬浮液进行抽滤，并使用去离子水和乙醇洗涤滤饼至滤液无色，得到的黑色固体在60～100℃下干燥，即得到还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂；其中，每100mL去离子水加0.1～2.0g葡萄糖碳球；每0.1～2.0g葡萄糖碳球加入0.1～1.0mL吡咯、0.1～3.0g的还原性氨基酸；每100mL混合液加入10～60ml的FeCl3·6H2O溶液，FeCl3·6H2O溶液的浓度为0.35～0.50mol/L；所述步骤(2)中所述的还原性氨基酸指半胱氨酸或胱氨酸。磁力搅拌转速为500～1000r/min，搅拌。所述的步骤(2)中FeCl3·6H2O溶液的滴加时间为0.5～3h；所述还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的应用方法为，用作水中Cr6+的吸附和还原。所述还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的应用方法，具体包括如下步骤：(1)将还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂放入Cr6+水溶液或废水中，得到混合液；其中，每20-100mg还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂加入100ml的Cr6+水溶液或废水；所述的Cr6+水溶液或废水中，Cr6+的浓度为10～200mg/L；(2)混合均匀后，在10-60℃下保持电磁搅拌或摇晃混合0～24h(优选为1-24h)，完成吸附。所述的步骤(1)中混合液的pH值优选控制在0～6。本专利技术的实质性特点为：本专利技术所用掺杂剂为还原型氨基酸，此类氨基酸除了具有吸附Cr6+的集团，还具有还原性基团，可以将高毒性Cr6+为低毒性Cr3+。不同于一般掺杂剂只有吸附的功能，而无还原的能力。本专利技术的有益效果在于：(1)还原性氨基酸作为掺杂剂不仅增强了聚吡咯对Cr6+的吸附能力，使吸附量从81.22mg/g提升至209.1mg/g，也赋予了聚吡咯一定的还原Cr6+的能力，使47％的高毒性Cr6+还原为低毒性Cr3+。这不仅可以将高毒性的Cr6+吸附去除，还降低了Cr6+的危害性。(2)还原性氨基酸作为掺杂剂还提升了吸附剂耐高浓度Cr6+氧化腐蚀的能力。在200mg/L的Cr6+溶液中吸附24h后，未掺杂还原性氨基酸的吸附剂的表层被明显氧化腐蚀，而还原性氨基酸掺杂的吸附剂仍能保持结构的完整。充分体现了掺杂还原性氨基酸可以提升吸附剂抗氧化腐蚀的能力。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的葡萄糖水热碳球的扫描电镜(SEM)图；图2为本专利技术实施例1中制备的未掺杂还原性氨基酸聚吡咯吸附剂的扫描电镜(SEM)图；图3为本专利技术实施例1中制备的还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的扫描电镜(SEM)图；图4为本专利技术实施例1中还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂吸附Cr6+的透射电镜(TEM)和元素映射图；其中，图4a为TEM图，图4b为环形暗场下的STEM图、图4c为所有元素元素映射图、图4d、图4e、图4f、图4g分别其Cr、N、S、O元素映射图；图5为本专利技术实施例2中制备的还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂和未掺杂还原性氨基酸的聚吡咯吸附剂在不同浓度的Cr6+溶液中的吸附量的对比图。图6为本专利技术实施例2中制备的吸附剂及其对比例在高浓度的Cr6+溶液中的吸附被腐蚀情况的的扫描电镜(SEM)图；其中，图6a为未掺杂还原性氨基酸聚吡咯吸附剂的SEM图，图6b为还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的SEM图。图7为本专利技术实施例3中，吸附Cr6+之后，还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的X射线光电子能谱分析(XPS)。具体实施方式为进一步说明本专利技术的技术方案，给出以下具体实施例。需要说明的是，仅仅是对本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：/n(1)将葡萄糖溶液装入水热反应釜中，180～250℃下处理2～8h，将产物抽滤，洗涤得到的固体，洗至滤液无色；得到的棕黄色固体产物在60～150℃干燥，即为葡萄糖水热碳球；/n其中，所述的葡萄糖溶液的浓度为0.2～0.5mol/L；/n(2)将葡萄糖水热碳球分散在去离子水中，使用细胞破碎仪超声分散2～8h；之后加入吡咯、还原性氨基酸，在磁力搅拌下搅拌12～24h，温度控制在-5～5℃，滴加FeCl

【技术特征摘要】
1.一种还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
(1)将葡萄糖溶液装入水热反应釜中，180～250℃下处理2～8h，将产物抽滤，洗涤得到的固体，洗至滤液无色；得到的棕黄色固体产物在60～150℃干燥，即为葡萄糖水热碳球；
其中，所述的葡萄糖溶液的浓度为0.2～0.5mol/L；
(2)将葡萄糖水热碳球分散在去离子水中，使用细胞破碎仪超声分散2～8h；之后加入吡咯、还原性氨基酸，在磁力搅拌下搅拌12～24h，温度控制在-5～5℃，滴加FeCl3·6H2O溶液，并在此条件下继续反应4～8h，得到的黑色悬浮液进行抽滤，并使用去离子水和乙醇洗涤滤饼至滤液无色，得到的黑色固体在60～100℃下干燥，即得到还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂；
其中，每100mL去离子水加0.1～2.0g葡萄糖碳球；每0.1～2.0g葡萄糖碳球加入0.1～1.0mL吡咯、0.1～3.0g的还原性氨基酸；每100mL混合液加入10～60ml的FeCl3·6H2O溶液，FeCl3·6H2O溶液的浓度为0.35～0.50mol/L；所述的还原性氨基酸指半胱氨酸或胱氨酸。


2.如权利要求1所述的还原性氨基酸掺杂聚吡咯吸附剂的制备方法，其特征为所述的步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李银辉，彭龙飞，李尉新，林权帆，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12