CN108654562A - 一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭及其制备方法，制备方法包括步骤：将商用活性炭水洗、稀盐酸洗后，30～80℃干燥得预处理活性炭；将可溶性铜盐溶于水、乙醇、异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第一反应液；将可溶性硫化物溶于水、乙醇、异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第二反应液；将预处理活性炭浸入第一反应液中，搅拌1～5h后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；将负载铜离子的活性炭浸入第二反应液中，搅拌反应1～5小时后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。该纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭相较于传统的商用活性炭，增强了活性炭的重金属离子吸附性能力。

Description

一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭及其制备方法。
背景技术
重金属污染的问题是关系人生命安全的重要问题。重金属污染的来源主要是采矿、冶炼等工矿企业排放的废气、废水和废渣,以及制革、废旧电池回收等化工工业领域，其中主要包括Hg、Cd、Pb、Cr、Zn、Cu、Ni及类金属As等。重金属污染存在着隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，与其它类型污染大有不同。重金属中毒初期症状很轻微，很容易被人们忽视，但是长期的危害是非常大的。重金属在动植物和人体中容易积累，能引起人的头痛、头晕、失眠、关节疼痛，尤其对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤、骨骼、神经破坏极为严重。具体表现在以下几点：铜会导致黄疸胰腺炎、红血球中毒、食道问题和贫血症；铅过量会导致肾病、神经痛、麻风病等；砷会导致神经炎、急性中毒甚至死亡；镉过量会导致骨骼变形，腰背痛、中毒、红血球病变等；汞会导致神经中毒症、精神紊乱、疯狂、痉挛乃至死亡；铬会导致肾脏慢性中毒，造成肾功能紊乱、癌。
现有重金属处理技术中，吸附技术由于其处理成本低、设备投资少、操作简单等优势，无论在工业废气、废水处理等领域都逐渐成为处理重金属污染的核心技术。但是，吸附技术的核心是高性能吸附剂的研发，开发高效、低成本的重金属处理吸附剂具有广泛的市场需求和良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭及其制备方法，该纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭相较于传统的商用活性炭，增强了活性炭的重金属离子吸附性能力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭的制备方法，步骤如下：
a、活性炭预处理、配制第一反应液和配制第二反应液；
活性炭预处理方法为将商用活性炭水洗、稀盐酸洗后，30～80℃干燥得预处理活性炭；
配制第一反应液方法为将可溶性铜盐溶于水、乙醇或异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第一反应液；
配制第二反应液方法为将可溶性硫化物溶于水、乙醇或异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第二反应液；
b、将预处理活性炭浸入第一反应液中，搅拌1～5h后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
c、将负载铜离子的活性炭浸入第二反应液中，搅拌反应1～5小时后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
优选地，所述商用活性炭为煤制活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭和竹质活性炭中的一种或多种。
优选地，所述可溶性铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜和乙酸铜中的一种或多种。
优选地，所述可溶性硫化物为硫化钠、硫化钾和硫化铵中的一种或多种。
优选地，所述步骤c中的浸入方法可以为过量浸渍、等体积浸渍。
优选地，将步骤c所得活性炭按照步骤b、c的方法重复3～10次，得到纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
优选地，在骤b和步骤c中，第一反应液与第二反应液的体积比为1：(1～3)。
所述的方法制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭，其相较于传统的商用活性炭，增强了活性炭的重金属离子吸附性能力。在重金属吸附试验中发现，用纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭处理含有5ppm的Cd2+离子的入水时，出水Cd2+离子去除率达到98％，展现出了良好的重金属离子吸附性能力。
本发明提供的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭的制备方法，以商用活性炭为载体，采用原位反应法制备纳米CuS修饰的重金属吸附功能活性炭。通过浸渍、喷涂的方法，在商用活性炭表面负载CuS纳米颗粒，经原位反应、干燥后获得重金属吸附活性炭，制备方法简单高效。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
a、活性炭预处理：将商用活性炭20g(煤制活性炭)用200mL水洗、200mL稀盐酸洗后，温度30℃干燥备用；
b、反应液1配制：将硫酸铜溶于水中，配制成浓度为1～10％的反应液1；
c、反应液2配制：将硫化钠溶于水中，配制成浓度为1～10％的反应液2；
d、将步骤a中处理后的煤制活性炭浸入步骤b中的20mL反应液1中，搅拌1～5h后，离心分离并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
e、将步骤d中得到的负载铜离子的活性炭浸入步骤c中的50mL反应液2中，搅拌反应1～5小时后，离心分离并在30～80℃干燥，得到一次沉积制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭；
f、重复d、e步骤3～10次，获得纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
实施例2
a、活性炭预处理：将商用活性炭20g(椰壳活性炭)用200mL水洗、200mL稀盐酸洗后，温度30℃干燥备用；
b、反应液1配制：将氯化铜溶于乙醇中，配制成浓度为1～10％的反应液1；
c、反应液2配制：将硫化钾溶于水中，配制成浓度为1～10％的反应液2；
d、将步骤a中处理后的椰壳活性炭浸入步骤b中的20mL反应液1中，搅拌1～5h后，离心分离并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
e、将步骤d中得到的负载铜离子的活性炭浸入步骤c中的50mL反应液2中，搅拌反应1～5小时后，离心分离并在30～80℃干燥，得到一次沉积制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭；
f、重复d、e步骤3～10次，获得纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
实施例3
a、活性炭预处理：将商用活性炭20g(杏壳活性炭)用200mL水洗、200mL稀盐酸洗后，温度30℃干燥备用；
b、反应液1配制：将硝酸铜溶于乙醇中，配制成浓度为1～10％的反应液；
c、反应液2配制：将硫化铵溶于乙醇中，配制成浓度为1～10％的反应液；
d、将步骤a中处理后的杏壳活性炭浸入步骤b中的20mL反应液1中，搅拌1～5h后，离心分离并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
e、将步骤d中得到的负载铜离子的活性炭浸入步骤c中的50mL反应液2中，搅拌反应1～5小时后，离心分离并在30～80℃干燥，得到一次沉积制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭；
f、重复d、e步骤3～10次，获得纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
实施例4
a、活性炭预处理：将商用活性炭20g(竹质活性炭)用200mL水洗、200mL稀盐酸洗后，温度30℃干燥备用；
b、反应液1配制：将乙酸铜溶于异丙醇中，配制成浓度为1～10％的反应液；
c、反应液2配制：将硫化钠溶于异丙醇中，配制成浓度为1～10％的反应液；
d、将步骤a中处理后的竹质活性炭浸入步骤b中的20mL反应液1中，搅拌1～5h后，离心分离并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
e、将步骤d中得到的负载铜离子的活性炭浸入步骤c中的50mL反应液2中，搅拌反应1～5小时后，离心分离并在30～80℃干燥，得到一次沉积制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭；
f、重复d、e步骤3～10次，获得纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
实施例5
a、用上述实施例中制备的任意重金属吸附活性炭500g，装填到吸附滤柱内，进行重金属吸附试验研究；
b、以含Cd2+离子浓度为5ppm的自来水为目标处理液，用恒流泵将含Cd2+离子打入过滤器进水口，流速为0.5L/h，进行50L水样连续进水处理；
c、在出水口连续取样，连续监测出水中Cd2+离子浓度；
d、入水Cd2+离子浓度为5ppm，出水去除率达到98％，出水达到污水综合排放标准。
本发明所述的一种重金属吸附活性炭的制备方法，该活性炭的特点主要有：(1)以商用活性炭：煤制活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭、竹质活性炭为载体；(2)通过原位反应沉积法负载重金属吸附功能CuS纳米颗粒；(3)CuS纳米颗粒具有良好的重金属吸附性能。
本发明中的原位反应沉积法是制备重金属吸附剂的常用方法，本领域技术人员可以根据本发明实施案例所提供的技术方案，得到技术启示，采用不同的配比和原料，获得具有同样功能的重金属吸附活性炭。
本发明实施例中使用的活性炭载体是商用活性炭--煤制活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭、竹质活性炭，并通过原位反应沉积法，获得重金属吸附活性炭，由此推断：当采用其他相似载体时，也能实现本发明的技术效果。

Claims (8)

1.一种纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭的制备方法，其特征在于，步骤如下：
a、活性炭预处理、配制第一反应液和配制第二反应液；
活性炭预处理方法为将商用活性炭水洗、稀盐酸洗后，30～80℃干燥得预处理活性炭；
配制第一反应液方法为将可溶性铜盐溶于水、乙醇或异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第一反应液；
配制第二反应液方法为将可溶性硫化物溶于水、乙醇或异丙醇中，配制成浓度为1～10％的第二反应液；
b、将预处理活性炭浸入第一反应液中，搅拌1～5h后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到负载铜离子的活性炭；
c、将负载铜离子的活性炭浸入第二反应液中，搅拌反应1～5小时后，分离活性炭并在30～80℃干燥，得到纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
2.根据权利要求1中所述方法，其特征在于，所述商用活性炭为煤制活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭和竹质活性炭中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜和乙酸铜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性硫化物为硫化钠、硫化钾和硫化铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c中的浸入方法可以为过量浸渍、等体积浸渍。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤c所得活性炭按照步骤b、c的方法重复3～10次，得到纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在骤b和步骤c中，第一反应液与第二反应液的体积比为1：(1～3)。
8.权利要求1～7任一项所述的方法制备的纳米CuS修饰的重金属吸附活性炭。
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