申请日2017.04.09
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28
摘要
本发明提供了一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，主要的步骤包括：将活化剂和EDTA共混后，在惰性气体保护下高温活化，再经过超声、过滤、洗涤和烘干得到多孔碳材料。本发明制备的多孔碳材料具备高效可循环吸附有机染料的性能。本方法工艺简单，吸附效果好，循环利用率高，具有一定的应用价值。
权利要求书
1.一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
A、将活化剂进行充分研磨，再将其与固定比例的EDTA混合均匀;
B、将混合物在惰性气体氛围中550-650℃下活化1.5-2.5小时;
C、固体经过超声、过滤、洗涤、烘干得到多孔碳材料。
2.如权利要求1所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，活化剂为无机强碱。
3.如权利要求2所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，活化剂为氢氧化钾。
4.如权利要求1所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，活化剂和EDTA的质量比为1：(1.5-4)。
5.如权利要求1所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，该活性炭在pH值在6-12的溶液中使用。
6.如权利要求1所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，本发明的多孔碳脱附再生后，再生的多孔碳具有循环吸附能力。
7.如权利要求1所述的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，将混合物在惰性气体氛围中600℃下活化2小时。
说明书
一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体来说，涉及一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法。
背景技术
有机染料是一类重要的化工产品,目前应用于工业的染料种类约有十万余种,大多数染料为人工合成且具有非常复杂的结构,有机染料废水是世界公认的主要工业污染源之一,其含有的多种有机物及有毒物质,对生态环境和饮用水造成了极大危害。目前常用于处理有机染料废水的方法主要有化学沉淀法、氧化还原法、膜分离法、光化学法、生物法和吸附法等等，其中,吸附法因其简便易行、成本低廉、高效快速而备受关注。具有吸附性能的碳材料有碳纳米管、多孔碳、石墨烯海绵等，而碳纳米管、石墨烯海绵成本较高，因此采用多孔碳材料作为廉价高效的吸附剂具有一定的社会意义。
本发明是以EDTA为原料，将其与一定量的活化剂充分混合，在一定条件下进行活化处理，制备一种高效可循环吸附废水中有机染料的多孔碳材料，此种材料对有机染料具有较好的吸附性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法。
一种可吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A、将活化剂进行充分研磨，再将其与固定比例的EDTA混合均匀;
B、将混合物在惰性气体氛围中550-650℃下活化1.5-2.5小时;
C、固体经过超声、过滤、洗涤、烘干得到多孔碳材料。
优选的，所述的步骤A中，活化剂为无机强碱。
优选的，所述的步骤A中，活化剂为氢氧化钾。
优选的，所述的步骤A中，活化剂和EDTA的质量比为1：(1.5-4)。
本发明所提供的吸附废水中有机染料的多孔碳的制备方法，主要的步骤包括：将活化剂和EDTA共混后，在惰性气体保护下高温活化，再经过超声、过滤、洗涤和烘干得到多孔碳材料。本发明制备的多孔碳材料具备高效可循环吸附柯衣定的性能。本方法工艺简单，吸附效果好，循环利用率高，具有一定的应用价值。
具体实施方式
实施例1
将氢氧化钾研磨至粉末状，然后将其与EDTA按质量比1:2(g/g)混合均匀，将其在氮气氛围中于600℃下活化2小时，固体经超声、过滤、洗涤、烘干后得到多孔碳材料。
实施例2
将氢氧化钾研磨至粉末状，然后将其与EDTA按质量比1:4(g/g)混合均匀，将其在氮气氛围中于650℃下活化1.5小时，固体经超声、过滤、洗涤、烘干后得到多孔碳材料。
实施例3
将氢氧化钾研磨至粉末状，然后将其与EDTA按质量比1:1.5(g/g)混合均匀，将其在氮气氛围中于550℃下活化2.5小时，固体经超声、过滤、洗涤、烘干后得到多孔碳材料。
实施例4
将氢氧化钠研磨至粉末状，然后将其与EDTA按质量比1:2(g/g)混合均匀，将其在氮气氛围中于600℃下活化2小时，固体经超声、过滤、洗涤、烘干后得到多孔碳材料。
实施例5
将氢氧化钾研磨至粉末状，然后将其与EDTA按质量比1:3(g/g)混合均匀，将其在氮气氛围中于620℃下活化2小时，固体经超声、过滤、洗涤、烘干后得到多孔碳材料。
将所得材料进行傅里叶红外分析，发现谱图上主要存在O-H伸缩振动、C=O伸缩振动、C-O伸缩振动、C-N伸缩振动。
将所得材料进行XRD分析，扫描结果发现在2θ为24°左右存在“矮胖”型衍射峰，此峰对应非晶形碳;在2θ为42°左右存在微弱衍射峰，此峰表明材料石墨化程度较低。
将所得材料进行Raman分析，非晶形碳峰及石墨化碳峰分别位于1353cm-1(ID)、1586 cm-1 (IG)。
将所得材料进行TG分析，结果表明材料在50℃-200℃主要发生H2O损失，在200℃以上主要发生CO2损失，进一步证明材料中含有O-H及C=O。
将所得材料进行BET分析，结果表明材料为介孔材料。BET比表面积高达1322 m2g-1，其中微孔及介孔比表面积之比约为3：2，最大孔容约为0.54 cm³/g。经过BJH模型(Barrett-Joyner-Halenda model)及HK模型(Horvath-Kawazoe model)分析，材料的的介孔孔径主要在2-3nm，微孔孔径主要在0.43nm。
实施例 6
将所得的一定量多孔碳材料在特定温度及pH下与一定量的柯衣定溶液混合一定时间，系统地研究多孔碳材料对废水中柯衣定吸附性能。
将实施例1制备的0.005g多孔碳在298K、308K及318K下与10ml，浓度为100-500mg/l，pH值为6.0的柯衣定溶液混合，吸附时间为30分钟，经过langmuir模拟得到298K、308K、318K下柯衣定的吸附量分别为800mg/g、735mg/g、725mg/g。经计算得到多孔碳材料对柯衣定吸附的热力学参数(△G0(KJmol-1)、△H0(KJmol-1)、△S0(Jmol-1K-1))在298K下分别为-16.4 KJmol-1、-12.9 KJmol-1、11.4 Jmol-1K-1。
固定吸附温度为298K，多孔碳材料为0.005g、0.002g，柯衣定溶液浓度为200mg/l,溶液pH值在2-12范围内，其他条件同上，研究溶液pH值对多孔碳材料吸附柯衣定的影响。实验结果发现当多孔碳材料为0.005g，溶液pH值在2-6时柯衣定的吸附量由324 mg/g升至399mg/g，溶液pH值在6-12时柯衣定的吸附量稳定在399 mg/g。当多孔碳材料为0.002g，溶液pH值在2-6时柯衣定的吸附量由438 mg/g升至818mg/g，溶液pH值在6-12时柯衣定的吸附量由818mg/g升至900mg/g。说明材料对柯衣定的吸附在接近中性或碱性溶液中效果更好。
固定吸附温度为298K，柯衣定溶液浓度分别为100 mg/l、200 mg/l、300 mg/l，吸附时间为1~180分钟，其他条件同上，研究吸附时间对多孔碳材料吸附柯衣定的影响。实验结果发现当柯衣定浓度为100mg/l时，吸附在2分钟内达到平衡，当柯衣定浓度为200mg/l时，吸附在10分钟内达到平衡，当柯衣定浓度为300mg/l时，吸附在20分钟内达到平衡。经过动力学模型拟合分析，所有条件下的吸附动力学模拟结果均为假二级动力学吸附模型。
固定吸附温度为298K，多孔碳材料为0.01g，柯衣定溶液浓度为200 mg/l，其他条件同上，利用乙醇进行多孔碳材料脱附再生，研究多孔碳材料的循环吸附能力。实验结果发现多孔碳材料在7次循环吸附过程中对溶液中柯衣定的去除率均在95%以上。
固定吸附温度为298K，多孔碳材料为0.005g，分别以纯水、自来水、河水为溶剂配置浓度为100 mg/l、200 mg/l的柯衣定溶液,调节溶液pH为8，研究多孔碳材料在真是水环境中对柯衣定染料的吸附能力。实验结果发现材料对纯水、自来水及河水中的柯衣定染料吸附能力基本相同，对染料的去除率均在95%以上，说明材料具有一定的规模应用价值。
实施例 7
将实施例1制备的多孔碳材料0.005g与浓度为50mg/l-500mg/l，体积为10ml，溶液pH值为6的甲基橙溶液混合，固定吸附温度为298K，研究多孔碳材料对甲基橙染料的吸附性能。实验测定多孔碳材料对甲基橙的吸附容量为320mg/l。
实施例 8
将实施例7中甲基橙溶液替换为浓度为50mg/l-500mg/l的罗丹明B溶液，其他条件如实施例7，研究多孔碳材料对罗丹明B的吸附性能。实验测定多孔碳对罗丹明B的吸附容量为685mg/l。
实施例 9
将实施例7中的甲基橙溶液替换为浓度为50-450mg/l的结晶紫溶液，其他条件如实施例7，研究多孔碳材料对结晶紫的吸附性能。实验测定多孔碳材料对结晶紫的吸附容量为174mg/l。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。