【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能化生物炭材料制备，具体来说是一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着我国印染行业的快速发展，印染废水成为水环境污染的重点污染源之一。在纺织、印染中，醋酸锑、乙二醇锑和三氧化二锑等锑化合物随着退浆和碱减量工序进入到废水中，导致印染废水中含有大量的锑(sb)污染物。sb中毒可引起呼吸道刺激、尘肺病、皮肤病，还可能有致癌作用，因此减少锑污染对人类健康意义重大。目前含sb废水处理的常规方法有混凝法、吸附法、电化学法、膜分离技术，其中吸附法因其成本低、操作简单、高效，且具有吸附剂再生的可能性，被认为是有效的sb处理方法。
2、生物炭作为一种廉价的吸附材料，具有环境友好、稳定性高等特性，已被认为是废水处理中极有发展前景的材料，然而有限的表面积、不良的孔结构和较少的官能团导致原始生物炭吸附重金属离子能力较差，人们采用了多种方法对其进行改性。常用的方法有化学改性和物理改性，物理改性主要包括蒸气和气体吹扫两种方式，主要针对生物炭的孔隙结构；化学改性法是目前应用最广泛的改性方法，主要包括酸改性、碱改性、金属盐或氧化物改性、导电聚合物改性、以及其他无机材料改性等。导电聚合物因其多样的官能团、大的活性表面和其他特性而被视为优良的吸附剂，其中聚苯胺和聚吡咯应用最为广泛，但是聚苯胺和聚吡咯的吸附的目标物主要是cu(ii)、co(ii)、cd(ii)、ni(ii)、pb(ii)、zn(ii)和fe(iii)，二者对锑(sb)污染物的吸附性能均不佳。
3、所以需要一种能够针对锑(sb
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料及其制备方法和应用，本专利技术以麦秆为生物质原材料，采用限氧高温热解法制备生物炭，再用原位聚合法成功制备得到聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料，并将其作为吸附剂去除水中的sb(ⅲ)。
2、为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
3、一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、以生物质为原料，制备生物炭，理论上所有的生物炭均能够应用于本申请；
5、将n-苯基甘氨酸单体分散于异丙醇中，然后向其中加入生物炭并混合均匀，得到混合液，再向混合液中滴加过硫酸铵溶液，过硫酸铵作为引发剂，并进行n-苯基甘氨酸单体的聚合反应，聚合结束后，经洗涤、干燥，得到聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料。
6、优选的，所述生物质包括秸秆、毛发、餐厨垃圾、动物尸骸、动物粪便、市政污泥。
7、优选的，所述秸秆选自麦秆，再采用麦秆作为生物质进行碳化处理后，获得多孔结构的生物炭，具有大的比表面积，更多的sb(ⅲ)吸附活性位点；另外，本实验主要选取麦秆为生物炭原材料，是因为陕西关中地区主要农作物是小麦，麦秆作为农业废弃物能够被资源化利用。
8、优选的，所述生物炭按照如下步骤制备：
9、将生物质于氮气气氛下，以5-10℃/min的升温速率，于400-800℃下热解2-4h；若采用麦秆作为生物质的话，条件为：以10℃/min的升温速率，于800℃下热解4h。
10、优选的，所述n-苯基甘氨酸单体与生物炭的质量比为0.1-0.5：0.5。
11、优选的，所述n-苯基甘氨酸单体与过硫酸铵的摩尔比为1：1-2，过硫酸铵的浓度为1.25mol/l。
12、优选的，所述聚合反应的条件为：室温下，滴加过硫酸铵溶液后持续搅拌12-24h。
13、优选的，所述聚合反应还能够在酸性条件下进行，具体为：将n-苯基甘氨酸单体分散于异丙醇中，然后向其中加入生物炭并混合均匀，得到混合液，先向混合液中滴加硫酸溶液后，再滴加过硫酸铵溶液，并进行n-苯基甘氨酸单体的聚合反应，聚合结束后，经洗涤、干燥，得到聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料；
14、其中，h2so4溶液的浓度为1mol/l。
15、本专利技术还保护了上述制备方法制得的聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料。
16、本专利技术还保护了聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料在制备三价锑吸附剂中的应用，所述应用方法为：
17、将复合材料以1-3g·l-1的投加量加入至50ml、浓度为55mg·l-1的sb(ⅲ)溶液中进行吸附，吸附反应在25℃、150rpm水浴恒温振荡器中进行。
18、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
19、1、本专利技术提供了一种全新的、用于吸附水中sb(ⅲ)的材料--聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料，本申请首次公开了采用聚n-苯基甘氨酸吸附水中sb(ⅲ)、以及聚n-苯基甘氨酸对sb(ⅲ)的吸附原理，且在聚n-苯基甘氨酸与生物炭复合后，不仅解决了聚n-苯基甘氨酸价格昂贵的问题，而且提升了生物炭对水中sb(ⅲ)的吸附性能；本专利技术中，聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料是以麦秆为生物质原材料，在800℃下限氧高温热解制备原始生物炭(bc)，再用原位聚合法成功制备得到聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料，记为bc/pnpg复合材料；
20、2、本专利技术中将聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料作为吸附剂有效去除水中的sb(ⅲ)，详细考查了n-苯基甘氨酸与生物炭的质量比、以及合成环境对bc/pnpg复合材料吸附sb(ⅲ)的影响，结合sem、xps和ftir等表征手段对吸附机理进行了探究；
21、bc/pnpg与sb(ⅲ)的相互作用机理可概括为：生物炭具有吸附作用，生物炭上的羧基会与sb3+络合产生sb(oh)3沉淀，且聚n-苯基甘氨酸附着在生物炭上，聚n-苯基甘氨酸与sb(ⅲ)的相互作用机理为：聚n-苯基甘氨酸上的质子化双极化子与sb(ⅲ)发生氧化还原反应，生成中性苯胺基和sb(ⅴ)，一部分sb3+通过螯合作用与苯胺基上的n原子结合，生成的苯胺基通过螯合作用进一步去除sb3+，也有一部分sb3+通过共价键与聚n-苯基甘氨酸上的羧基结合，由于吸附剂将部分sb3+氧化为sb5+，所以溶液中出现了sb5+，生成的sb5+以sb(oh)6-形式被静电吸附。
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1.一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质包括秸秆、毛发、餐厨垃圾、动物尸骸、动物粪便、市政污泥。
3.根据权利要求2所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述秸秆选自麦秆。
4.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物炭按照如下步骤制备：
5.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述N-苯基甘氨酸单体与生物炭的质量比为0.1-0.5：0.5。
6.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述N-苯基甘氨酸单体与过硫酸铵的摩尔比为1：1-2，过硫酸铵的浓度为1.25mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的条件为：室温下，滴加过硫酸铵溶液后持续搅拌12-
8.根据权利要求1所述的一种聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应还能够在酸性条件下进行，具体为：将N-苯基甘氨酸单体分散于异丙醇中，然后向其中加入生物炭并混合均匀，得到混合液，先向混合液中滴加硫酸溶液后，再滴加过硫酸铵溶液，并进行N-苯基甘氨酸单体的聚合反应，聚合结束后，经洗涤、干燥，得到聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料；
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料。
10.一种权利要求9所述的聚N-苯基甘氨酸@生物炭复合材料在制备三价锑吸附剂中的应用，其特征在于，所述应用方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质包括秸秆、毛发、餐厨垃圾、动物尸骸、动物粪便、市政污泥。
3.根据权利要求2所述的一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述秸秆选自麦秆。
4.根据权利要求1所述的一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物炭按照如下步骤制备：
5.根据权利要求1所述的一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述n-苯基甘氨酸单体与生物炭的质量比为0.1-0.5：0.5。
6.根据权利要求1所述的一种聚n-苯基甘氨酸@生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述n-苯基甘氨酸单体与过硫酸铵的摩尔比为1：1-2，...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪思奇，牛梦娴，范保喜，冉文悦，于翔，王理明，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：
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