一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用。本发明专利技术通过将铁源、硅源、聚乙烯醇等混合均匀后，进行水热反应得到含有四氧化三铁和氧化硅的复合材料，然后将其与动物粪便、SBA‑15和水进行混合，使其负载于四氧化三铁和氧化硅的复合材料的表面，通过炭化得到中间产物，然后通过硝酸改性，仅氧化碳材料的表面，然后通过氢氧化钠的刻蚀溶出氧化硅和SBA‑15，进而得到核壳结构的多孔结构，通过上述方法制备的碳材料具有优异的比表面积以及活性基团，其对废水中的染料具有优异的吸附能力，是用于染料废水去除的理想材料。

【技术实现步骤摘要】
一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及废水处理领域，尤其涉及一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
染料工业的发展带来了较大的环境污染问题，印染废水中产生的有色废水色度高、难降解、毒素大等问题给水生物带来极大危害，通过食物链富集，也间接对人的身体产生伤害。因此，废水的处理问题以迫在眉尖。目前，处理染料废水的方法有很多，如膜分离、光催化降解、臭氧氧化法和吸附法等，而吸附法因具有去除水中污染物效率高、速度快、适应性强和易操作等优点而广泛应用于染料废水的处理。在吸附法处理废水中，影响吸附效率的主要因素在于吸附剂的选择。杨兴等用NaOH改性后的竹叶粉(MBL)作为吸附剂，采用静态吸附法研究了在MBL投加量2.0g/L、吸附时间120min，pH＝7.0为条件下，对100g/L刚果红模拟印染废水吸附效果最好，去除率可达96.29％；卫新来等以梧桐树皮为原料，用氯化锌活化制备梧桐树皮活性炭，发现其中存在大量的中孔结构，孔隙结构发达；增大梧桐树皮活性炭用量可提升对污水中刚果红的吸附效果，且在室温，投加量3.0g/L、吸附时间120min、振荡速度60r/min条件下，对刚果红的去除率可达98.2％。尽管上述的碳材料取得了优异的吸附性能，但是其回收性比较差，而且重复利用率比较低。吸附能力也有待进一步提高。基于上述情况，急需开发一种价格低廉的碳材料，具有较大的比表面积和具有优异的吸附性能，且具有优异的分离能力，重复利用率比较高，仍是目前急需解决的技术问题。r>
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用。本专利技术通过将铁源、硅源、聚乙烯醇等混合均匀后，进行水热反应得到含有四氧化三铁和氧化硅的复合材料，然后将其与动物粪便、SBA-15和水进行混合，使动物粪便和SBA-15的混合物负载于四氧化三铁和氧化硅的复合材料的表面，通过炭化得到中间产物，然后通过硝酸改性，仅氧化碳材料的表面，提高表面的功能基团，然后通过氢氧化钠的刻蚀溶出氧化硅和SBA-15，进而得到核壳结构的碳材料，而且有效避免了Fe3O4的溶出，通过上述方法制备的碳材料具有优异的比表面积以及活性基团，其对废水中的染料具有优异的吸附能力，是用于染料废水去除的理想材料。本专利技术采用的以下的技术方案：一种染料废水用的碳材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将可溶性的三价铁离子盐加入到100～120mL的乙二醇溶液中，配制成0.1～0.4mol/L的溶液，同时加入适量的分子量为1000～2000的聚乙烯醇，无水碳酸钠，20～25mL硅酸乙酯TEOS，搅拌3～5h分散均匀，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，在200～230℃条件下反应20～30小时；冷却至室温，通过磁性分离，将所得产物用乙醇和去离子水洗涤，在90～110℃下真空干燥8～12小时，得到产物A；(2)将动物粪便、SBA-15和去离子水超声分散混合得到分散液，然后将产物A添加到上述分散液中，继续搅拌4～6h，随后在90～110℃干燥10～12小时得到产物B；(3)然后将步骤(2)制备的产物B置于石英舟中，其中以惰性气体为保护气，以3～5℃·min-1的升温速率加热到450～550℃后，预煅烧3～5h，然后以7～9℃·min-1升温至800～900℃，保温3～5h，然后降温至室温，最后得到产物C；(4)将产物C添加到3～6mol/L硝酸溶液中，固液比为(1-4)g:(10-40)ml,用搅拌器均匀搅拌4-6小时后静置6～10h，然后用蒸馏水反复洗涤至中性，干燥，得到产物D；(5)将产物D转移到NaOH溶液中，加热至80～90℃反应14～20h，水洗至中性，分离，干燥后得到碳材料。优选的，在步骤(1)中，三价铁离子盐为三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、醋酸铁中的一种或多种。优选的，在步骤(1)中，所述聚乙烯醇的浓度为0.01～0.1mol/L，所加无水碳酸钠为0.09～0.11g/mL。优选的，在步骤(2)中，动物粪便与分子筛和去离子水的比为20～24g:1g：38～42mL；所述动物粪便为鸡粪、猪粪、鸭粪、牛粪中的一种或多种。优选的，在步骤(2)中，所述SBA-15的孔径为8～14nm；比表面积可以为900-1100m2/g；孔容为3～6cm3/g；吸附容量可以为45～65mg/g。优选的，在步骤(3)中，所述惰性气体为He或Ar。优选的，在步骤(4)中，所述干燥为于90～110℃干燥10～12h。优选的，在步骤(5)中，所述NaOH溶液的摩尔浓度为0.9mol/L～2.1mol/L；所述干燥为于25℃～75℃干燥4～6h。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述制备方法制备的一种染料废水用的碳材料，所述碳材料以多孔四氧化三铁为核，以介孔碳为壳的碳材料，所述废水处理用碳材料的比表面积为1923.5～2126.4m2/g。本专利技术的另一个技术方案是，基于上述一种染料废水用的碳材料的应用，将所述碳材料用于处理染料废水，具体为称取0.05～0.2g所述碳材料,放入250ml的锥形瓶中，加入90～110ml浓度为100～120mg/L的次甲基蓝、甲基橙或罗丹明B的溶液，常温下搅拌30～50min。采用本专利技术所提供的一种染料废水用的碳材料的制备方法及其产品和应用，有如下的技术效果：(1)采用动物粪便作为碳源制备的碳材料，其不仅丰富了原材料而且价格低廉，同时能够实现变废为宝，由于动物粪便中含有丰富的含氮有机物，在碳化过程中通过控制炭化条件使其形成含有氮掺杂的碳材料，由于氮元素的掺杂改变了碳材料中碳原子的电子结构，进而改变碳材料的化学性质，使其表面吸附特性得到显著改善，对金属离子的吸附能力显著增强。(2)通过将铁源和硅源等直接混合，然后水热制备得到含有四氧化三铁和氧化硅的复合材料，通过在其表面合成碳材料，然后进行硝酸改性处理，再经氢氧化钠处理，可以有效避免了铁的溶出，而且通过硝酸改性能够现在改善碳材料的表面的活性基团，提供更多的吸附位，而且由于四氧化三铁的存在，其可以显著提高磁性分离，提高碳材料的重复利用。(3)由于四氧化三铁和氧化硅的复合材料经过氢氧化钠处理后，将氧化硅溶出，得到多孔结构的四氧化三铁，由于多孔的存在，使其同样具有了吸附能力，同时其和碳材料的复合，由于两种之间的协同作用进一步提高了吸附效果。综上所述，本专利技术制备的一种染料废水用的碳材料，其表面积大、孔道结构丰富、对染料废水中的染料具有很好的吸附能力，是用于废水处理的理想材料。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在所示的本专利技术实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种染料废水用的碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)将可溶性的三价铁离子盐加入到100～120mL的乙二醇溶液中，配制成0.1～0.4mol/L的溶液，同时加入适量的分子量为1000～2000的聚乙烯醇，无水碳酸钠，20～25mL硅酸乙酯TEOS，搅拌3～5h分散均匀，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，在200～230℃条件下反应20～30小时；冷却至室温，通过磁性分离，将所得产物用乙醇和去离子水洗涤，在90～110℃下真空干燥8～12小时，得到产物A；/n(2)将动物粪便、SBA-15和去离子水超声分散混合得到分散液，然后将产物A添加到上述分散液中，继续搅拌4～6h，随后在90～110℃干燥10～12小时得到产物B；/n(3)然后将步骤(2)制备的产物B置于石英舟中，其中以惰性气体为保护气，以3～5℃·min

【技术特征摘要】
1.一种染料废水用的碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将可溶性的三价铁离子盐加入到100～120mL的乙二醇溶液中，配制成0.1～0.4mol/L的溶液，同时加入适量的分子量为1000～2000的聚乙烯醇，无水碳酸钠，20～25mL硅酸乙酯TEOS，搅拌3～5h分散均匀，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，在200～230℃条件下反应20～30小时；冷却至室温，通过磁性分离，将所得产物用乙醇和去离子水洗涤，在90～110℃下真空干燥8～12小时，得到产物A；
(2)将动物粪便、SBA-15和去离子水超声分散混合得到分散液，然后将产物A添加到上述分散液中，继续搅拌4～6h，随后在90～110℃干燥10～12小时得到产物B；
(3)然后将步骤(2)制备的产物B置于石英舟中，其中以惰性气体为保护气，以3～5℃·min-1的升温速率加热到450～550℃后，预煅烧3～5h，然后以7～9℃·min-1升温至800～900℃，保温3～5h，然后降温至室温，最后得到产物C；
(4)将产物C添加到3～6mol/L硝酸溶液中，固液比为(1-4)g:(10-40)ml,用搅拌器均匀搅拌4-6小时后静置6～10h，然后用蒸馏水反复洗涤至中性，干燥，得到产物D；
(5)将产物D转移到NaOH溶液中，加热至80～90℃反应14～20h，水洗至中性，分离，干燥后得到碳材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，三价铁离子盐为三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、醋酸铁中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述聚乙烯醇的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丽娥，
申请(专利权)人：湖南三五二环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43