一種吸附水體中重金屬離子的碳材料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于碳材料技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種通過多糖為碳源，聚乙締化咯燒酬為 添加劑調(diào)控碳材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋是生命的搖籃，也是維持全球生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要場所，近年來，隨著城市化 的快速發(fā)展和人口數(shù)量的增長，海洋污染日益嚴(yán)重，入海流域周邊的生活污水、工業(yè)廢水對 我國近海造成嚴(yán)重污染，極大損害了近岸海域的海洋環(huán)境，破壞了生態(tài)平衡，影響沿海居民 的身體健康。我國2002年近海嚴(yán)重污染面積達(dá)2. 6萬km2,未達(dá)到清潔海水標(biāo)準(zhǔn)海域面積 為17. 4萬虹12,其中，勸海非清潔海域面積已達(dá)總面積的41. 3%，近海主要污染物質(zhì)為重金 屬離子和無機(jī)氮、憐酸鹽等富營養(yǎng)化物質(zhì)。其中，重金屬（重金屬是指密度大于5g/cm3的金 屬元素，在環(huán)境污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的化、化、Hg、化、01、Pb等） 因其特殊的化學(xué)、地球化學(xué)性質(zhì)及毒性效應(yīng)，被稱為環(huán)境中具有潛在危害的重要污染物，具 有高度危害性和難治理性。由于勸海只有104公里的海峽與黃海進(jìn)行水交換，致使大量有 害有毒重金屬離子長期積累在內(nèi)海里無法擴(kuò)散。
[0003] 目前，常用的處理重金屬離子廢水的方法有：化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法、 電解法和吸附法等?；瘜W(xué)沉淀法是向重金屬離子廢水中投加化學(xué)沉淀劑或還原劑使重金屬 離子沉淀或還原的方法?；瘜W(xué)沉淀法需要后續(xù)處理，需要間歇式操作，工藝復(fù)雜，不利于工 業(yè)化推廣；離子交換法是利用離于交換劑的交換基團(tuán)，與廢水中的金屬離子進(jìn)行交換反應(yīng)， 將金屬離子置換到交換劑上予W除去的方法。離子交換法對陰離子和陽離子學(xué)要采用相應(yīng) 的交換樹脂，也不利于工業(yè)化操作；膜分離法是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用 下，在不改變?nèi)芤褐谢瘜W(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上，將溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離或濃縮的方法，但膜造價(jià)昂 貴，不利于工業(yè)化應(yīng)用；電解法是利用電極與重金屬離子發(fā)生電化學(xué)作用而消除其毒性的 方法。按照陽極類型不同，將電解法分為電解沉淀法和回收重金屬電解法兩類。電解法設(shè) 備簡單、占地小、操作管理方便、而且可W回收有價(jià)金屬。但電耗大、出水水質(zhì)差、廢水處理 量小；相比其它治理方法，吸附法是利用吸附劑將廢水中的重金屬離子除去的方法，吸附法 具有占地面積小、合成工藝簡單，操作方便、成本低、沒有二次污染，吸附劑可重復(fù)使用等優(yōu) 點(diǎn)。因此，制備親水性功能碳球作為重金屬離子吸附劑，用來處理海洋中的重金屬污水保障 人們的生活健康和海洋經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展已經(jīng)成為海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。許多專 利關(guān)于通過吸附劑處理水中重金屬離子的方法，例如：公開號為CN103007896A的中國專利 報(bào)道了吸附重金屬陽離子的纖維素吸附劑的制備方法，即1)將纖維素破碎至粒徑小于80 目后，置于15% -30%的氨氧化鋼溶液中60°C浸泡化；2)加入二甲基亞諷，采用共沸精饋 的方式除去多余的水份，得纖維素溶膠；3)在氮?dú)饨橘|(zhì)存在條件下，將溶膠依次與二咪挫 催化劑W及二元或多元胺反應(yīng)；4)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)甲苯回流12h、過濾、50°C真空干燥1化后， 得纖維素吸附劑。該吸附劑對重金屬陽離子的吸附效果好、適用范圍廣、可再生利用。專利 號為CN200810246170. 2的中國專利報(bào)道了在惰性氣氛或空氣中，在一定溫度條件下，將娃 燒偶聯(lián)劑與酸酢按摩爾比1:2-20進(jìn)行環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)，將所得產(chǎn)物用溶劑溶解后，按硅烷偶 聯(lián)劑2-10倍的摩爾比在上述溶液中加入面代燒控，在0-200°C溫度條件下進(jìn)行胺化反應(yīng)， 將胺化反應(yīng)后的產(chǎn)物用水或乙醇清洗、干燥，即得到用于吸附重金屬離子的吸附劑，在該吸 附劑中，酸性基團(tuán)排列在分子主鏈的兩側(cè)，而堿性基團(tuán)則始終位于分子主鏈上。該吸附劑對 溶液中的化 2+，化2+等重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附能力，可用于含有重金屬離子廢水的吸附 分離和凈化處理。專利號為CN200810154961. 2的中國專利研究了胺基修飾的化3〇4@Si化 復(fù)合微粒處理水體中重金屬離子的方法，胺基修飾的化3〇4@Si〇2復(fù)合微粒在pH= 4-8的條 件下對水中的重金屬離子進(jìn)行吸附去除，吸附時(shí)間為0.化-24h，溫度為288-318K。該吸附 劑表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性能，且能通過磁性分離方式進(jìn)行分離。專利號為CN200910220751. 3 的中國專利報(bào)道了將蟹殼用去離子水洗涂、干燥及粉碎，將所得粉末加入牡頗水解液中，利 用0.IN肥1或0.INNaOH調(diào)節(jié)水解液抑值為2-7,將溶液在溫度為10-40°C的條件下振蕩 0. 5-6h，離屯、過濾取上清液?？捎行Ы档湍殿H水解液中的重金屬儒、鉛和銘的含量，同時(shí)也 不會影響水解液原有的風(fēng)味和營養(yǎng)成分。專利號為CN200910088835. 6的中國專利研究了 向含重金屬離子的廢水中加入納米級徑基憐灰石粉，其中，徑基憐灰石粉的用量為6-8g/L， 在23-27°C條件下，平衡12-48小時(shí)，靜置W去除廢水中的重金屬離子。利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對 低廉的徑基憐灰石作為吸附劑，在〔(12\化 2\化2+離子濃度不超過6〇111旨/1的情況下，重金屬 離子去除率均大于90%。綜上所述，利用吸附劑吸附重金屬離子是處理含重金屬離子廢水 的有效方法，但普遍報(bào)道制備吸附劑的方法步驟繁瑣、條件苛刻且用到的有機(jī)溶劑不利于 環(huán)境保護(hù)，因此，發(fā)明一種價(jià)格低廉、制備工藝簡單、反應(yīng)條件溫和、吸附性能優(yōu)良、無二次 污染、可回收利用、適用范圍廣且具有廣闊工業(yè)化應(yīng)用前景的吸附劑成為目前研究的熱點(diǎn)。
[0004] 天然多糖及其衍生物具有價(jià)格低廉、資源豐富、易于取得、應(yīng)用廣泛的可再生資 源。由于其良好的生物相容性和生物降解性，在眾多領(lǐng)域如食品、紡織、造紙、醫(yī)藥、日用化 工（表面活性劑）、膠粘劑、涂料、生物降解材料等有著極其廣泛的應(yīng)用。因此，利用天然多 糖及其衍生物為原料制備廉價(jià)、高效、環(huán)保的吸附劑成為本發(fā)明的首選。 陽〇化]W天然多糖及其衍生物為原料制備制備多孔碳材料用于處理廢水中的重金屬離 子具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)，可望在海洋環(huán)境保護(hù)和海洋資源高效利用等領(lǐng)域具有潛在 的應(yīng)用價(jià)值。因此，發(fā)明一種多孔碳材料的制備方法在海洋工程方面顯得及其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對當(dāng)前技術(shù)的不足，提供一種吸附水體中重金屬離子的碳 材料，該方法通過先將淀粉和聚乙締化咯燒酬（PV巧溶解在水中，然后將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到 高壓蓋中進(jìn)行水熱反應(yīng)，再經(jīng)洗涂、干燥后續(xù)處理，最后得到吸附水體中重金屬離子的碳材 料，得到的產(chǎn)品的形態(tài)可控且所制備的碳材料呈多孔結(jié)構(gòu)，從而大大的提高了吸附廢水中 的重金屬離子效率。 陽007]本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] 一種吸附水體中重金屬離子的碳材料，該材料由W下方法制得，包括如下步驟：
[0009] (1)多糖溶液的制備：將多糖溶解于水中，70~100°C攬拌0. 5~2也配制成濃度 為1. 8~180g/L的多糖溶液；
[0010] 似將PVP加入到步驟1所制備的多糖溶液中，在室溫下攬拌4-12h，然后轉(zhuǎn)移到 高壓蓋中160~200°C進(jìn)行水熱反應(yīng)8~24h，洗涂后在80°C烘箱中干燥12h，即得到多孔 碳材料；其中，PVP為多糖質(zhì)量的0. 1-10%，
[0011] 所述多糖為±豆淀粉、魔芋淀粉、玉米淀粉或簇甲基纖維素。
[0012] 所述的PVP的分子量為10000或58000。
[0013] 所述的吸附水體中重金屬離子的碳材料的應(yīng)用，用于去除廢水中重金屬離子，包 括如下步驟：
[0014] 將所述的碳材料加入到含有重金屬離子可溶性鹽的溶液中，室溫下攬拌0. 5~2 小時(shí)，完成吸附；其中，溶液中重金屬離子的濃度為0.OOOl~0. 0009 ;每毫升溶液中加入碳 材料0.OOl~0. 005邑。
[0015] 所述的重金屬離子的可溶性鹽為：氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、氯化儒、硝酸儒、硝酸 鉛、和氯化鉛中的一種或多種。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0017] (1)本發(fā)明采用多糖為碳源具有明顯的優(yōu)越性。多糖具有可生物