本发明专利技术提供了一种硫碳纳米复合材料吸附剂的制备方法，和这种吸附剂从液相中或者气相中回收重金属的应用。这种吸附剂的制备步骤包括：首先是利用漩涡摩擦混合法将活性炭和硫单质在水中进行充分地搅拌混合；然后以融化渗透的方法，将熔融态单质硫引入活性炭颗粒的表面上和孔道中。硫碳纳米复合材料中，单质硫以无定形薄涂层形式均匀地附着在活性炭材料颗粒的表面上和孔道中。硫碳纳米复合材料具备活性比表面积非常大的显著特点。吸附原理是利用单质硫纳米薄层作为金属捕获剂和含有重金属的颗粒，或者重金属的蒸气，液滴，离子形成一定的化学作用，从而实现其从液相中或者气相中吸附重金属的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种能够从液相中或者气相中回收重金属的新型吸附剂，即硫碳纳米 复合材料吸附剂。本专利技术涉及这种吸附剂的制备方法以及这种吸附剂从液相中和气相中吸 附重金属的应用。
技术介绍
存在于液相或者气相中的重金属或者含有重金属的化合物被排放到自然环境当 中，不仅是对资源的巨大浪费，同时更对人的健康造成极大的威胁。很多种工业废水就是含 有重金属的溶液或者悬浊液；核电站产生的热卤水是含有低浓度的贵重金属，比如钯金和 钌金。不经处理的重金属溶液或者悬浊液可以造成水资源和土壤的严重污染。这些重金 属最后可能通过食物链进入人体。另一方面，漂浮在空气中的重金属尤其是汞及其化合物 可能被直接呼吸进入人体。一家中等规模的火力发电厂，一个月就会向空气中排放大约10 公斤的汞；不当的处理废弃日光灯也是大气中汞污染的重要来源；在牙医诊室，作为补牙 材料，汞齐材料的普遍使用，更使医生和患者直接接触高浓度的汞蒸气。进入人体中的重金 属，通常无法自然代谢，而是持续地沉积，从而对人的健康特别是婴幼儿的健康造成极大的 损害。出于经济效益上和生态环境保护上的原因，从液相中和气相中回收这些重金属具有 十分重要的意义。这亟需经济且高效的吸附剂。对于液相中重金属的回收，现有的工艺，都不能经济、高效地从低浓度溶液中实现 回收。美国专利3985554和美国专利4687514提出使用具有还原作用的金属颗粒来还原溶 液中的重金属离子，从而沉淀出这些重金属，这种方法需要使用价格较高的金属微粒。美 国专利4289531提出使用蛋白质含量很高的动物毛发作为贵重金属离子吸附剂，但是由于 动物毛发的化学组成非常复杂，从而对被吸附金属的后期提炼造成很大的障碍。美国专利 4619744提出使用溶于水的高分子材料来络合重金属离子，使之以络合物形式沉淀，从而从 溶液中分离出重金属。但是这些功能高分子的生产成本很高。美国专利4802920提出使用 磺化的浙青作为吸附剂回收金属，这种方法的缺点在于该吸附剂回收金属的效率不高，并 且提炼被吸附金属的难度很大。美国专利5690806使用电解和活性碳吸附相结合的方法， 这种方法要求使用复杂精密的回收仪器。美国专利7138643介绍了使用附着在活性碳上的 有机磷作为离子交换试剂来回收放射性同位素金属的方法。美国专利7300639提出使用一 种含有磷化氢的提取剂来提取低浓度的钯。虽然含磷化合物具有捕获重金属离子的作用， 但是磷化物的毒性限制了这类技术的应用。依靠鳌合作用捕获重金属离子的策略要求附着 在载体上的执行吸附作用的官能团对目标金属具有很强的作用力；同时这些官能团要在载 体上均勻分布，且分散性要尽量达到最大化，从而使吸附剂上具有吸附活性的面积尽量大。对于从气相中吸附重金属，尤其是汞和汞的化合物，人们也做了大量的工作。美国 专利1984164和美国专利3662523分别介绍使用碘和碘的化合物修饰过的活性炭材料，来 吸附火电厂废气中的汞。但是由于碘及其化合物是很容易升华，或者分解的物质，导致这些 吸附剂的稳定性不好。美国专利4196173使用氯化或者溴化的活性炭作为吸附剂，但是这些材料的制备过程中需要使用具有很强腐蚀性和毒性的氯气或者单质溴作为氧化剂。修饰 过的活性炭的生产成本很高，通常是普通活性炭成本的15倍以上。美国专利7404939使用 钒的氧化物修饰的二氧化钛材料作为吸附剂，但是这种材料的吸附活性明显低于卤族元素 修饰过的活性炭材料。硫单质能够和汞单质反应，但是已知的含有硫单质的材料，都没有足 够大的活性比表面积，来高效地完成对汞的吸附。目前商业化的除汞材料并不能有效、经济 地除去气相中的汞。本专利技术介绍一种新型吸附剂，这种材料能够从液相中或者气相中吸附重金属。这 种新型吸附剂具有生产工艺简单，制造成本低廉，且吸附性能高的显著特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于创造一种经济、高效的新型吸附剂来回收液相中或者气相中的 重金属；进一步讲，本专利技术的目的在于使用这种新型的硫碳纳米复合材料从溶液中回收重 金属，尤其是贵重金属，或者从气相中吸附含有重金属的微粒或者液滴，或者蒸气，尤其是 汞。本专利技术中能够被吸附的目标金属，包括所有重金属，以及它们的化合物。包括但不限 于锰，铁，钴，镍，铜，锌，钇，锆，铌，钼，锝，钌，铑，钯，银，镉，铪，钽，钨，铼，锇，铱，钼，金， 汞，铊，铅，铋以及这些金属的合金。重金属在液相中的存在形式可以是零价态的金属微粒 或者合金微粒，可以是溶解的金属离子，也可以是存在于化合物中的。重金属在气相中，可 以是零价态的金属微粒或者合金微粒，对于汞，则是小液滴或者蒸气，也可以存在于化合物 或者尘埃中。本专利技术中，液相的溶剂可以是水，但不限于水。本专利技术中，气相可以是空气，但 不限于空气。本专利技术使用活性炭和单质硫为原料制备硫碳纳米复合材料，用来吸附液相中或者 气相中的重金属。本专利技术中，术语“活性炭”意指除金刚石以外的任何以元素碳为主要化学 组成元素的材料。本专利技术中术语“碳”是指原子序数(原子质子数)为6的元素的各种 同位素。活性炭可以是任何商购的炭材料，也可以是用任何已知的方法制备的非商购的炭 材料。活性炭材料包括但不限于足球烯，单壁碳纳米管，双壁碳纳米管，多壁碳纳米管，规 则孔道介孔炭，不规则孔道介孔炭，微孔炭，宏观孔炭，石墨，无定形结构炭材料，炭黑，碳纤 维，碳化高分子。本专利技术中，活性炭中的术语“活性”没有任何实在的物理或化学意义。这 里使用的活性炭材料的比表面积可以介于0. 1平方米每克至10000平方米每克，优选比表 面积介于500平方米每克至6000平方米每克。活性炭的比容积可以介于0. 0001立方厘米 每克到20立方厘米每克，优选比容积介于0. 1立方厘米每克到3立方厘米每克。活性炭的 孔道结构的平均孔径可以介于0. 1埃至1毫米，优选平均孔径介于0. 5纳米至100纳米之 间。活性炭的孔道结构可以是长程有序、规则排列的，也可以是部分或者完全无序的。活性 炭材料的颗粒大小可以是任意的尺寸，优选颗粒尺寸(直径)介于30纳米到10微米。对 活性炭的选择，优选比表面积大，比容积大，颗粒尺寸小的活性炭材料。本专利技术中术语“硫” 是指原子序数(原子质子数)为16的元素。本专利技术中用来制备硫碳纳米复合材料吸附剂 的单质硫，可以是任何商购的单质硫，可以是用任何已知的方法制备的单质硫，也可以是自 然界中天然存在的。硫碳纳米复合材料是由漩涡摩擦混合法，结合硫单质熔化渗透的方法来合成的。 制备硫碳纳米复合材料，首先单质硫和活性炭要达到很好的混合程度。本专利技术中，推出一种新的硫炭混合方法，即，硫单质和活性炭在剧烈搅拌的水相中的混和，这种混合方法在这里被命名为漩涡摩擦混合法。水相中，同属于疏水材料的活性炭和单质硫颗粒之间的相似相 亲的作用力保证了它们有机会相遇，并且在剧烈搅拌的条件下，活性炭和单质硫颗粒之间 会发生很强的摩擦作用，由于单质硫是质地很软的分子晶体材料，分子晶体中硫分子之间 只存在作用力相对很弱的范德华力，所以和炭颗粒的摩擦作用可以使部分硫单质从原来的 体相硫颗粒上被刮下来，嵌入活性炭粗糙的表面之上。这种摩擦作用使得活性炭和单质硫 会趋向于最大化地混合，甚至于互相嵌入，增加彼此之间的接触面积。硫炭混合物经过过滤 后得本文档来自技高网...
【技术保护点】
硫碳纳米复合材料吸附剂的制备方法，以及这种吸附剂在液相中或者气相中吸附重金属的应用，其特征是：在硫碳纳米复合材料吸附剂的制备中，首先利用漩涡摩擦混合法将单质硫和活性炭进行充分地混合，然后对过滤后得到的固体混合物加热，从而实现硫单质以薄层形式涂布在活性炭颗粒表面上和孔道中的目的；进而从液相中或者气相中吸附重金属，硫碳纳米复合材料吸附剂中的硫单质纳米薄层和重金属形成一定化学作用，从而捕重金属；特别地，吸附单质汞是通过硫碳纳米复合材料中的硫单质和汞单质反应生成硫化汞来实现的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：琳达斐内札，纪秀磊，
申请(专利权)人：纪秀磊，琳达斐内札，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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