CN111392724B - 一种铬离子吸附活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及活性炭制备技术领域，特别公开了一种铬离子吸附活性炭的制备方法。该制备方法以杨木为原料，其特征为：将原料粉碎制成杨木木粉；将氯化胆碱和对甲基苯磺酸均匀混合，加热搅拌至完全溶解，形成在室温下呈无色透明状态的液体；将透明液体与杨木木粉均匀混合并搅拌加热，反应结束后用去离子水洗涤，再经干燥得到活性炭产品。本发明避免了传统活性炭制备方法中高能源消耗和环境严重污染的问题，制备过程无污染，生产成本低，步骤简单，制备过程中使用的试剂同样无污染、易回收，适于工业化生产。

Description

一种铬离子吸附活性炭的制备方法
（一）技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域，特别涉及一种铬离子吸附活性炭的制备方法。
（二）背景技术
工业废水中含有的重金属离子铬，排入水体后会对鱼类等生物造成健康威胁。面对环境问题的日益严重，研究出高效去除工业废水中重金属铬离子的方法极为重要。吸附法是污水处理常用的方法，其成本较低、工艺简单。而活性炭作为一种优良的吸附材料，对水体中重金属离子的吸附效果显著，已被广泛应用在污水处理、吸附分离、空气净化等方面。
活性炭是具有类石墨微晶结构一种碳材料，形貌多为黑色粉末状或颗粒状。传统制备活性炭的方法有热解法和氢解法，但是普遍存在能源消耗量大，制备成本高，严重污染环境等问题。目前制备活性炭的原料主要为煤质和石油沥青等，这类材料属于不可再生资源，会对环境造成极大的污染。因此，开发低成本、可再生、高吸附性的新型吸附剂引起科研人员广泛的关注。
目前，针对制备活性炭的高能源消耗和严重污染环境的问题，本发明提出以植物资源作为原料，开发了一种高效铬离子吸附活性炭的制备方法。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种绿色环保、节能高效、适于工业化生产的铬离子吸附活性炭的制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种铬离子吸附活性炭的制备方法，以杨木为原料，包括如下步骤：
（1）将原料粉碎制成杨木木粉；
（2）将氯化胆碱和对甲基苯磺酸均匀混合，加热搅拌至完全溶解，形成在室温下呈无色透明状态的液体；
（3）将透明液体与杨木木粉均匀混合并搅拌加热，反应结束后用去离子水洗涤，再经干燥得到活性炭产品。
本发明发现用氯化胆碱/对甲基苯磺酸形成的透明溶液制备的活性炭对铬离子有很强的吸附能力，在常温下也具有良好的吸附性能。本发明条件下制备的活性炭避免了传统热解法高能源消耗，低温条件使多数含氧官能团被保留，增大了含氧官能团和金属离子结合的数目，实现了对金属离子的高效吸附。
本发明的更优技术方案为：
步骤（1）中，杨木木粉粉碎后目数为20-60目。
步骤（2）中，氯化胆碱和对甲基苯磺酸按照1:1-1.5的摩尔比均匀混合，加热温度为50-90℃，加热时间为30-60min，搅拌速度为400-600rpm。
步骤（3）中，杨木木粉与透明液体的固液质量比为1：10-1:15，加热温度为90-120℃，加热时间为90-120min，搅拌速度为400-800rpm。
优选的，去离子水洗涤将透明液体清洗干净。
优选的，干燥为真空干燥，干燥温度为60-90℃，干燥时间为24-36h。
氯化胆碱的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
对甲基苯磺酸的结构式如下：
Figure 346386DEST_PATH_IMAGE002
。
通过本发明方法制备得到的活性炭吸附含铬离子水溶液，其吸附速度快，180min能达到吸附平衡；较合适的吸附温度是20℃，可在pH 1-5范围内使用。
本发明避免了传统活性炭制备方法中高能源消耗和环境严重污染的问题，制备过程无污染，生产成本低，步骤简单，制备过程中使用的试剂同样无污染、易回收，适于工业化生产。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为扫描电子显微镜观察放大50000倍活性炭的表面形态图；
图2为扫描电子显微镜观察放大90000倍活性炭的表面形态图。
（五）具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面通过具体实施例，对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1:
将氯化胆碱与对甲基苯磺酸按照1:1的摩尔比例在70℃水浴加热并搅拌60min，静置冷却至室温，得到无色透明状态的液体。
称取2g用筛网筛过的40-60目的杨木原料，按固液质量比1:10加入到20g制备的溶剂中。将杨木木粉与溶液在反应釜中于120℃，转速为600rpm条件下反应60min。反应结束后冷却至室温，用去离子水将溶液清洗干净。将洗涤后的样品放入真空干燥箱中60℃下干燥24h后得到黑色粉末状的活性炭。图1为用扫描电子显微镜观察放大50000倍活性炭的表面形态图；图2为用扫描电子显微镜观察放大90000倍活性炭的表面形态图。
将该实验条件下制备的活性炭0.2g用来处理铬离子浓度为240mg/L的水溶液250ml，pH为3.2，在20℃下搅拌180min后水溶液中Cr3+浓度为0，铬离子完全被吸附。
实施例2：
将氯化胆碱与对甲基苯磺酸按照1:1的摩尔比例在50℃水浴加热并搅拌60min，静置冷却至室温，得到无色透明状态的液体。
称取2g用筛网筛过的40-60目的杨木原料，按固液质量比1:12加入到24g制备的溶剂中。将杨木木粉与溶液在反应釜中于110℃，转速为800rpm条件下反应90min。反应结束后冷却至室温，用去离子水将溶液清洗干净。将洗涤后的样品放入真空干燥箱中60℃下干燥24h后得到黑色粉末状的活性炭。
将该实验条件下制备的活性炭0.2g用来处理铬离子浓度为240mg/L的水溶液250ml，pH为2. 在20℃下搅拌 180min后水溶液中Cr3+浓度为0，铬离子完全被吸附。
实施例3：
将氯化胆碱与对甲基苯磺酸按照1:1.5的摩尔比例在70℃水浴加热并搅拌60min，静置冷却至室温，得到无色透明状态的液体。
称取2g用筛网筛过的40-60目的杨木原料，按固液质量比1:15加入到30g制备的溶剂中。将杨木木粉与溶液在反应釜中于100℃，转速为800rpm条件下反应60min。反应结束后冷却至室温，用去离子水将溶液清洗干净。将洗涤后的样品放入真空干燥箱中60℃下干燥24h后得到黑色粉末状的活性炭。
将该实验条件下制备的活性炭0.2g用来处理铬离子浓度为240mg/L的水溶液250ml，pH为3.2. 在20℃下搅拌 180min后水溶液中Cr3+浓度为0，铬离子完全被吸附。
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。

Claims (5)

1.一种铬离子吸附活性炭的制备方法，以杨木为原料，其特征为，包括如下步骤：（1）将原料粉碎制成杨木木粉；（2）将氯化胆碱和对甲基苯磺酸均匀混合，加热搅拌至完全溶解，形成在室温下呈无色透明状态的液体；（3）将透明液体与杨木木粉均匀混合并搅拌加热，反应结束后用去离子水洗涤，再经干燥得到活性炭产品；杨木木粉与透明液体的固液质量比为1：10-1:15，加热温度为90-120℃，加热时间为90-120min，搅拌速度为400-800rpm。
2.根据权利要求1所述的铬离子吸附活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，杨木木粉粉碎后目数为20-60目。
3.根据权利要求1所述的铬离子吸附活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，氯化胆碱和对甲基苯磺酸按照1:1-1.5的摩尔比均匀混合，加热温度为50-90℃，加热时间为30-60min，搅拌速度为400-600rpm。
4.根据权利要求1所述的铬离子吸附活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，去离子水洗涤将透明液体清洗干净。
5.根据权利要求1所述的铬离子吸附活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，干燥为真空干燥，干燥温度为60-90℃，干燥时间为24-36h。
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