一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球及制备方法与应用，将海藻酸钠溶液与微米级零价金属粉末混合后得到混合物；再将混合物滴加到多价金属盐溶液中进行交联；将交联后的得到的材料过滤后进行冷冻干燥；冷冻干燥结束后，将材料放入热解设备中，在惰性气体的保护氛围下进行热解后得到负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg

【技术实现步骤摘要】
一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球及制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)及制备方法与应用，适用于印染、采矿、化工等领域的废水处理及有机污染地下水处理，属于水污染控制


技术介绍

[0002]在传统水处理领域中，多种零价金属具有良好的还原性。众多零价金属中，零价铝、零价铁、零价铜、零价锌等具有较低的氧化还原电位，价廉易得，在水处理领域中具有很大的应用前景，因此受到人们的广泛关注。
[0003]纳米级零价金属(nZVM)由于活性很高在使用时非常容易钝化失活，nZVM的储存条件也较为苛刻，另外nZVM的价格也较为昂贵。相较于nZVM而言，微米级零价金属(mZVM)的反应活性较温和，且储存条件方便，价格更为低廉。因此，mZVM在近年来受到了人们的广泛关注。
[0004]然而，对于微米零价铝(mZVAl)、微米零价铁(mZVI)等mZVM来说，其表面的氧化膜使其在常温常压下不具备活性。为了使mZVAl、mZVI等mZVM具有活性，人们采用酸洗，碱性配体腐蚀，机械球磨等手段来破坏它们表面的氧化膜。尽管这些方法活化了mZVM，提高其反应活性，但mZVAl、mZVI在水溶液中仍会与水分子或氧气反应，生成(氢)氧化物导致其表面二次钝化，限制了它们的重复利用。此外，这些制备的材料仍为微米级，在使用后不利于回收再利用。
[0005]近年来，利用碳质载体负载微米或纳米颗粒的研究越来越多。在水溶液中，碳质载体不但可以与金属材料构成原电池，且能够通过其表面传递电子，减少金属的钝化作用。载体还可以有效固定金属颗粒，减少材料的流失，进而利于回收再利用。因此，寻找一种合适的碳质载体提高mZVAl、mZVI等mZVM的反应活性以及延长其在处理水中污染物的使用寿命是当务之急。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中常温常压下mZVAl、mZVI、mZVM等零价金属反应活性低、降解水中污染物的重复利用性差且不利于回收再利用的技术缺陷，而提供一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球及制备方法与应用。本专利技术解决了现有技术中零价金属的表面钝化层限制其反应活性及其在水溶液中表面钝化导致其重复利用性能差的技术问题，所用原料廉价易得、制备方法简单、易于工程放大，所制备的材料适用于多种pH条件、多种溶解氧含量的污水的高效处理，材料易分离、重复利用性好。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的目的之一是提供一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将海藻酸钠溶液与微米级零价金属粉末混合后得到混合物；再将混合物滴加到多
价金属盐溶液中进行交联；将交联后的得到的材料过滤后进行冷冻干燥；冷冻干燥结束后，将材料放入热解设备中，在惰性气体的保护氛围下进行热解后得到负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)。
[0010]上述技术方案中，所述的制备方法具体包括以下步骤：
[0011](1)将海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，将海藻酸钠粉末溶解后得到海藻酸钠溶液；
[0012](2)向步骤(1)得到的海藻酸钠溶液中添加微米级零价金属粉末，然后将其混合均匀得到混合物；
[0013](3)利用滴注设备将步骤(2)得到的混合物滴加到含有多价金属离子的溶液中进行交联，交联0.5～3h后，用去离子水将所得小球冲洗干净，以除去残留的AlCl3，得到水凝胶球；
[0014](4)将步骤(3)得到的水凝胶球转移至冷冻干燥机中，在
‑
40℃～
‑
56℃下冷冻干燥12～24h；
[0015](5)将步骤(4)冷冻干燥后得到的水凝胶球转移至热解设备中，在惰性气体的保护氛围下升温后进行热解，热解结束后得到毫米级的球状的负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)。
[0016]上述技术方案中，步骤(1)中，所述的海藻酸钠溶液，其中溶质海藻酸钠的浓度为10～40g/L。
[0017]上述技术方案中，步骤(2)中，所述的微米级零价金属粉末，粒径为1～200μm；所述微米级零价金属粉末，优选为零价铝或零价铁的粉末。
[0018]上述技术方案中，步骤(1)中的海藻酸钠粉末与步骤(2)中的微米级零价金属粉末的质量比为(0.2
‑
2)：1。
[0019]上述技术方案中，步骤(3)中，所述的含有多价金属离子的溶液，多价金属离子的质量浓度为0.625％～30％。
[0020]上述技术方案中，步骤(3)中，所述的含有多价金属离子的溶液，指的是铝盐、钙盐、铁盐、铜盐溶解于蒸馏水后得到的溶液；所述的铝盐，优选为氯化铝或硫酸铝；所述的钙盐，优选为氯化钙；所述的铁盐，优选为硝酸铁或氯化亚铁；所述的铜盐，优选为氯化铜。
[0021]上述技术方案中，步骤(3)中，滴加混合物时，滴加速度为0.5～3mL/min。
[0022]上述技术方案中，步骤(3)中，所述的混合物与含有多价金属离子的溶液的质量比为1:1～1:3。
[0023]上述技术方案中，步骤(5)中，所述的热解设备为管式炉或马弗炉等。
[0024]上述技术方案中，步骤(5)中，所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。
[0025]上述技术方案中，步骤(5)中，所述的升温，是按照10℃/min的升温速率进行升温的；热解的温度为400～1000℃(优选为600～850℃)，热解的时间为0.5～2h。
[0026]本专利技术的目的之二是提供一种经过上述制备方法制备后得到的负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)，所述的负载零价金属的海藻酸盐基碳球为毫米级碳球，粒径为2
‑
4mm。
[0027]本专利技术的目的之三是提供一种上述的负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)在去除水体中污染物方面的应用。本专利技术中的产物可以通过吸附、还原等作用将污染物有效去除，此外，本专利技术中的产物是可以循环重复利用的。
[0028]上述技术方案中，所述的水体，其中污染物的浓度为0.02
‑
0.1g/L，pH为3
‑
11。
[0029]上述技术方案中，所述的污染物，指的是六价铬(Cr(VI))、活性黑5(RB5)、铜离子(Cu
2+
)、三氯乙烯(TCE)、四氯化碳(CT)、对硝基苯酚(PNP)等。
[0030]上述技术方案中，所述的负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)在去除水体中污染物时，先利用氮气将溶液中的溶解氧去除，然后投加负载零价金属的海藻酸盐基碳球，投加量为2
‑
6g/L(即每升水体投加2
‑
6g)，处理时的反应温度为10
‑
30℃。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载零价金属的海藻酸盐基碳球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将海藻酸钠溶液与微米级零价金属粉末混合后得到混合物；再将混合物滴加到多价金属盐溶液中进行交联；将交联后的得到的材料过滤后进行冷冻干燥；冷冻干燥结束后，将材料放入热解设备中，在惰性气体的保护氛围下进行热解后得到负载零价金属的海藻酸盐基碳球(Me@Alg
‑
C)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：(1)将海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，将海藻酸钠粉末溶解后得到海藻酸钠溶液；(2)向步骤(1)得到的海藻酸钠溶液中添加微米级零价金属粉末，然后将其混合均匀得到混合物；(3)利用滴注设备将步骤(2)得到的混合物滴加到含有多价金属离子的溶液中进行交联，交联0.5～3h后，用去离子水将所得小球冲洗干净，以除去残留的AlCl3，得到水凝胶球；(4)将步骤(3)得到的水凝胶球转移至冷冻干燥机中，在
‑
40℃～
‑
56℃下冷冻干燥12～24h；(5)将步骤(4)冷冻干燥后得到的水凝胶球转移至热解设备中，在惰性气体的保护氛围下升温后进行热解，热解结束后得到毫米级的球状的负载零价金属的海藻酸盐基碳球。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的海藻酸钠溶液，其中溶质海藻酸钠的浓度为10～40g/L；步骤(2)中，所述的微米级零价金属粉末，粒径为1～200μm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的海藻酸钠粉末与步骤(2)中的微米级零价金属粉末的质量比为(0.2
‑
2)：1。5.根据权利要求2所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世迎，刘少杰，保晓娟，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：