CN112090401B - 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 - Google Patents

一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112090401B
CN112090401B CN202010786218.XA CN202010786218A CN112090401B CN 112090401 B CN112090401 B CN 112090401B CN 202010786218 A CN202010786218 A CN 202010786218A CN 112090401 B CN112090401 B CN 112090401B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tar
stirring
solid
dye
drying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010786218.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112090401A (zh
Inventor
许细薇
张帆
涂任
蒋恩臣
孙炎
吴宇健
范旭东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Agricultural University
Original Assignee
South China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Agricultural University filed Critical South China Agricultural University
Priority to CN202010786218.XA priority Critical patent/CN112090401B/zh
Publication of CN112090401A publication Critical patent/CN112090401A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112090401B publication Critical patent/CN112090401B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B01J20/28021—Hollow particles, e.g. hollow spheres, microspheres or cenospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法。该方法包括如下步骤：(1)将焦油加入到水中，并加入表面活性剂，搅拌使其乳化，过滤，得到焦油乳化液，随后加入纳米二氧化硅，继续搅拌，固液分离，取固体干燥，得到炭材料；(2)将炭材料研磨成粉末，再采用高温碳化或浓硫酸碳化的方式进行碳化处理，得到碳化材料；最后向碳化材料中加入氢氟酸溶液，搅拌后固液分离，取固体干燥，得到所述具有超高染料吸附性能碳笼。本发明中利用表面活性剂在溶液中起渗透、吸附以及润湿的作用以改变多孔碳笼的表面，能够显著提升多孔碳笼的比表面积，进而能够有效的提高多孔碳笼对染料的吸附性能。

Description

一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的 方法
技术领域
本发明属于碳材料领域，特别涉及一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法。
背景技术
染料是造纸，塑料，食品，化妆品和纺织等各种行业排放的废水的常见成分。废水中低浓度染料的存在是高度可见的，其降低了光的渗透并可能抑制光合作用。如果在沉积物中厌氧分解染料，也可能会产生问题，如产生有毒胺等，可能达到影响水生系统和相关动植物的致死水平。
为了从水生系统中有效去除染料，已探索了许多技术，例如过滤，絮凝，吸附，氧化和生物降解。其中，吸附被认为是最实用、最经济的方法，因此关键在于找到有效的吸附剂。碳材料(CMs)由于其广泛的可用性，出色的水过滤能力和确定的染料吸附能力而被证明是最有效和可靠的吸附剂之一。在大量的碳基吸附剂中，由于其低成本，环保和高表面积等优点，从各种来源衍生的分层多孔碳材料(HPCM)已被广泛用于染料吸附。此外，通过铜，锌，铁，和钴等金属的改性可以提高CMs的吸附能力。酸或碱的活化也被广泛用于优化吸附剂的孔结构。另一方面，模板耦合热技术是合成HPCM的重要方法之一，关键是找到合适的碳前体。石油沥青作为石化工业的残余物，是具有中间相特征的芳香烃的复杂混合物。这些sp2-C占主导地位的分子可能会通过芳构化和碳化而重排成较大的互连薄膜，并在高温下进一步转化为石墨烯状纳米片。因此，石油沥青可以是通过模板策略合成用于染料吸附的HPCM的良好碳前体。但现有的碳材料吸附剂对染料的吸附能力较弱，因此，提供一种具有高染料吸附性能的HPCM的合成方法具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的具有超高染料吸附性能的碳笼。
本发明的另一目的在于提供所述具有超高染料吸附性能的碳笼的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法，包括如下步骤：
(1)表面活性剂处理
将焦油加入到水中，然后加入表面活性剂，搅拌使其乳化，过滤，得到焦油乳化液，随后加入纳米二氧化硅，继续搅拌混合均匀，固液分离，取固体，干燥，得到表面活性剂处理后的炭材料；其中，表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、司班80(SP80)和吐温80(TW80)中的至少一种；
(2)碳化处理
①高温碳化处理：将步骤(1)中得到的炭材料研磨成粉末，然后在保护性气体氛围、600～1000℃下进行碳化，得到碳化材料I；
②向碳化材料I中加入氢氟酸溶液，搅拌混合均匀，固液分离，取固体，干燥，得到所述具有超高染料吸附性能碳笼；
或：
③浓硫酸碳化处理：将步骤(1)中得到的炭材料研磨成粉末，然后加入浓硫酸进行碳化处理，再加水稀释后固液分离，取固体，干燥，得到碳化材料II；
④向碳化材料II中加入氢氟酸和水，搅拌混合均匀，固液分离，取固体，干燥，得到所述具有超高染料吸附性能碳笼。
步骤(1)中所述的表面活性剂优选为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)中的至少一种；更优选为十二烷基苯磺酸钠。
步骤(1)中所述的焦油与表面活性剂的质量比为1～3:1；优选为2:1。
步骤(1)中所述的搅拌的条件均为：300～600r/min搅拌0.5～2小时；优选为：600r/min搅拌1小时。
步骤(1)中所述的纳米二氧化硅优选为粒径15nm的纳米二氧化硅。
步骤(1)中所述的焦油与二氧化硅的质量比为1:1～4；优选为1:1。
步骤(1)中所述的水的用量为按每克(g)焦油配比20～40mL水计算；优选为按每克(g)焦油配比40mL水计算。
步骤(1)、①、③和④中所述的固液分离优选为采用抽滤的方式进行固液分离。
步骤(1)、②、③和④中所述的干燥的条件为：80～100℃烘箱中干燥12～24h；优选为：80℃下干燥24h。
步骤(2)①中所述的碳化的升温速率为2～3℃/min；优选为2.5℃/min。
步骤(2)①中所述的碳化的温度优选为800℃。
步骤(2)①中所述的碳化的时间为30～60min；优选为60min。
步骤(2)①中所述的保护性气体优选为氮气。
步骤(2)②和④中所述的搅拌的条件为：300～600r/min搅拌0.5～2小时；优选为：500r/min搅拌30min。
步骤(2)②中所述的碳化材料I和氢氟酸的质量比为1:2～6；优选为1:2。
步骤(2)②所述的氢氟酸溶液的浓度为质量百分比30～50％；优选为浓度为质量百分比40％。
步骤(2)③中所述的炭材料与浓硫酸的质量比为1:5～15；优选为1:10。
步骤(2)③中所述的碳化处理的时间为25～35min；优选为30min。
步骤(2)③中所述的水的用量为按每克(g)所述焦油配比20～40mL水计算；优选为按每克(g)所述焦油配比40mL水计算。
步骤(2)④中所述的碳化材料II和氢氟酸的质量比为1:2～6；优选为1:2。
步骤(2)④中所述的加入氢氟酸优选为加入氢氟酸溶液；进一步优选为加入浓度为质量百分比30～50％的氢氟酸溶液；更优选为加入浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液。
步骤(2)④中所述的水的用量为按每克(g)所述焦油配比20～40mL水计算；优选为按每克(g)所述焦油配比20mL水计算。
一种具有超高染料吸附性能碳笼，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的具有超高染料吸附性能碳笼在吸附染料中的应用。
所述的染料包括亚甲基蓝、藏红T和孔雀石绿中的至少一种；该具有超高染料吸附性能碳笼在不同pH(pH为1～14)的条件下都可以对亚甲基蓝、藏红T和孔雀石绿进行吸附；其中，在pH为7～14(优选为pH＝7)的条件下，碳笼对藏红T的吸附能力更强；在pH为14的条件下，碳笼对孔雀石绿以及亚甲基蓝的吸附能力更强。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明将不同的表面活性剂如吐温80(TW800)，司班80(SP80)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，十二烷基硫酸钠(SDS)加入到焦油和水的混合物中，发现表面活性剂对制备高吸附能力的多孔炭材料有良好的效果，同时对多孔碳的比表面积也具有十分显著的提升效果，同时显著的提升对藏红T，孔雀石绿和亚甲基蓝三种染料的吸附能力。
2、本发明中通过表面活性剂在溶液中起渗透，吸附，润湿的作用以改变水合物的表面，从石油沥青中合成出具有独特笼状结构和高表面积的分层多孔碳材料(HPCM)，能够有效的提高多孔碳对染料的吸附性能，例如SDBS-800相对于SDBS-HS来说其对/藏红T的吸附能力从1234mg/g提升至2077mg/g。
附图说明
图1是SDBS-800样品不同PH条件下对藏红T的吸附性率统计图。
图2是SDBS-800样品不同PH条件下对孔雀石绿的吸附性率统计图。
图3是TW80-800样品不同PH条件下对亚甲基蓝的吸附性率统计图。
图4是SDS-HS，SDBS-HS，TW80-HS，SP80-HS，SDS-800，TW80-800，SP80-800样品对藏红T循环吸附性能的测试结果图。
图5是SDS-HS，SDBS-HS，TW80-HS，SP80-HS，SDS-800，TW80-800，SP80-800样品对亚甲基蓝循环吸附性能的测试结果图。
图6是SDS-HS，SDBS-HS，TW80-HS，SP80-HS，SDS-800，TW80-800，SP80-800样品对孔雀石绿循环吸附性能的测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明实施例中涉及的焦油为玉米秸秆气化焦油，气化工艺温度为500℃～600℃，购买于广州市荣正环保科技有限公司。
本发明实施例中涉及的纳米二氧化硅(15nm)购买于广州市芊荟化玻仪器有限公司。
实施例1
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干(24h左右，下同)。
(2)将上述烘干后的样品研磨成粉末，放入石英管中，置于气氛炉中于800℃，升温速率为2.5℃/min，碳化1小时，以纯氮气作为保护气氛。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳(即碳化后的样品):氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入过量的浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，用以洗去二氧化硅模板，将固体放入80℃烘箱中烘干(24h左右，下同)，将得到的样品命名为SDBS-800。
实施例2
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨细碎，以样品:浓硫酸＝1:10的质量比加入浓硫酸(质量分数98％)，搅拌均匀后放置30min进行碳化，缓慢间断地加入400ml水稀释，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，再加入200mL水，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为SDBS-HS。
实施例3
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g十二烷基硫酸钠(SDS)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨成粉末，放入石英管中，置于气氛炉中于800℃，速率为2.5℃/min。碳化1小时，以纯氮气作为保护气氛。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入过量浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，用以洗去二氧化硅模板，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为SDS-800。
实施例4
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g十二烷基硫酸钠(SDS)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨细碎，以样品:浓硫酸＝1:10的质量比加入浓硫酸(质量分数98％)，搅拌均匀后放置30min，缓慢间断地加入400ml水稀释，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，再加入200mL水，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为SDS-HS。
实施例5
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g司班80(又名司班80；SP80)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨成粉末，放入石英管中，置于气氛炉中于800℃，升温速率为2.5℃/min，碳化1小时，以纯氮气作为保护气氛。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入过量浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，用以洗去二氧化硅模板，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为SP80-800。
实施例6
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g司盘80(SP80)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨细碎，以样品:浓硫酸＝1:10的质量比加入浓硫酸(质量分数98％)，搅拌均匀后放置30min，缓慢间断地加入400ml水稀释，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，再加入200mL水，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为SP80-HS。
实施例7
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g吐温80(TW80)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨成粉末，放入石英管中，置于气氛炉中于800℃，升温速率为2.5℃/min，碳化1小时，以纯氮气作为保护气氛。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入过量浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，用以洗去二氧化硅模板，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为TW80-800。
实施例8
(1)取10g焦油于烧杯中，加入400mL水，再加入5g吐温80(TW80)，置于电子搅拌器上以600r/min搅拌1小时后，过滤分离得到完全乳化的焦油乳化液，随后加入10g亲水性15nm纳米二氧化硅，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌1小时后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(2)将上述烘干后的样品研磨细碎，以样品:浓硫酸＝1:10的质量比加入浓硫酸(质量分数98％)，搅拌均匀后放置30min，缓慢间断地加入400ml水稀释，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干。
(3)取碳化后的样品于聚四氟乙烯杯子中，以碳:氢氟酸溶液＝1:5的质量比加入浓度为质量百分比40％的氢氟酸溶液，再加入200mL水，置于电子搅拌器上以500r/min搅拌30min后，抽滤分离固液产物，将固体放入80℃烘箱中烘干，将得到的样品命名为TW80-HS。
效果实施例
1、将实施例1～8制备的样品进行吸附性能测试，具体测定方法如下：
(1)准确称取0.1g的SDBS-800碳笼(实施例1制备)于100mL锥形瓶中，加入50mL、2g·L-1的藏红T染料溶液，在35℃，200r·min-1下恒温震荡24h后，静止沉降，取上清液稀释500倍、定容，以紫外可见分光光度计测定溶液中染料的浓度，并通过如下公式计算SDBS-800碳笼对应的吸附量。
Qe＝V(C0—Ce)/m；
式中：
Qe：吸附量(mg·g-1)；
V：染料溶液的体积(L)；
C0、Ce：吸附前后染料浓度(mg·L-1)；
m：碳笼样品的质量(g)。
(2)准确称取0.1g的SDBS-800于100mL锥形瓶中，加入50mL、2g·L-1的孔雀石绿染料溶液，在35℃，200r·min-1下恒温震荡24h后，静止沉降，取上清液稀释、定容，以紫外可见分光光度计测定溶液中染料的浓度，并计算SDBS-800碳笼对应的吸附量(计算公式同上述步骤(1))。
(3)准确称取0.1g的SDBS-800于100mL锥形瓶中，加入50mL、2g·L-1的亚甲基蓝染料溶液，在35℃，200r·min-1下恒温震荡24h后，静止沉降，取上清液稀释、定容，以紫外可见分光光度计测定溶液中染料的浓度，并计算SDBS-800碳笼对应的吸附量(计算公式同上述步骤(1))。
按照上述方法，分别测定实施例2～8制备的SDBS-HS、SDS-800、SDS-HS、SP80-800、SP80-HS、TW80-800和TW80-HS对藏红T、孔雀石绿以及亚甲基蓝的吸附量。
结果如表1所示：利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)表面活性剂制备的分级多孔空心碳笼对藏红T染料具有更高的吸附能力，相比较浓硫酸碳化方法，高温碳化更有利于提高其吸附能力。
表1实施例1～8制备的样品对染料的吸附性能
Figure BDA0002622065360000091
2、分析实施例1～8制备的碳笼样品在不同酸碱条件下染料的吸附性能以及在几个吸附循环后吸附性能的变化情况。
(1)测试样品在不同酸碱条件下染料的吸附性能
①取25mg的实施例1制备的SDBS-800于100mL锥形烧瓶中，分别加入25mL 2g·L-1、溶液pH分别为1，3，7，10，14的藏红T染料溶液，于25℃，200rpm条件下恒温振荡12小时。将样品过滤，取滤液，稀释500倍，在紫外仪中测出浓度，计算样品对藏红T的吸附量(计算公式同上述步骤1(1))。结果如图1所示。
②参考上述步骤(1)①的方法，取25mg的SDBS-800于100mL锥形烧瓶中，分别加入25mL 2g·L-1、溶液pH分别为1，3，7，10，14的孔雀石绿染料溶液，计算样品对孔雀石绿的吸附量(计算公式同上述步骤1(1))。结果如图2所示。
③参考上述步骤(1)①的方法，取25mg的实施例7制备的TW80-800于100mL锥形烧瓶中，分别加入25mL 2g·L-1、溶液pH分别为1，3，7，10，14的亚甲基蓝染料溶液，计算样品对孔雀石绿的吸附量(计算公式同上述步骤1(1))。结果如图3所示。
(2)测试样品的吸附循环后的吸附性能
①各取100mg实施例2～8制备的碳笼样品SDBS-HS、SDS-800、SDS-HS、SP80-800、SP80-HS、TW80-800和TW80-HS于锥形瓶中，向锥形瓶中加入100ml的2g/L的藏红T染料溶液，放入摇床中以200r/min摇4小时。将样品过滤，得固体和滤液，取滤液，稀释500倍，在紫外仪中测出浓度，计算样品的吸附量；并取固体，放入80℃烘箱中烘干。取烘干后的固体于锥形瓶中，加入20ml的无水乙醇，放入摇床200r/min摇30min，过滤，将固体放入80℃烘箱中烘干。取烘干后的固体75mg于锥形瓶中，向锥形瓶中加入75ml的2g/L的藏红T染料溶液，重复以上步骤，循环三次后得到7个样品吸附量的数据(计算公式同上述步骤1(1))。结果如图4所示。
②参考上述步骤(2)①的方法，将藏红T染料溶液替换为亚甲基蓝染料溶液(2g/L)，得到循环后的7个样品吸附量的数据。结果如图5所示。
③参考上述步骤(2)①的方法，将藏红T染料溶液替换为孔雀石绿染料溶液(2g/L)，得到循环后的7个样品吸附量的数据。结果如图6所示。
上述结果说明：不同的碳笼样品对吸附染料能力各不相同，其中SDBS-800样品对藏红T和孔雀石绿具有最大吸附能力，TW80-800对亚甲基蓝具有最大吸附能力。SDBS-800和TW80-800两种样品的吸附能力都随着PH的递增而增加。而SDS-HS，TW80-800和TW80-HS在四次循环吸附后仍保持优秀的吸附能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有超高染料吸附性能碳笼在吸附染料中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面活性剂处理
将焦油加入到水中，然后加入表面活性剂，搅拌使其乳化，过滤，得到焦油乳化液，随后加入纳米二氧化硅，继续搅拌混合均匀，固液分离，取固体，干燥，得到表面活性剂处理后的炭材料；其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；
（2）碳化处理
①高温碳化处理：将步骤（1）中得到的炭材料研磨成粉末，然后在保护性气体氛围、800℃下进行碳化，得到碳化材料I；
②向碳化材料I中加入氢氟酸溶液，搅拌混合均匀，固液分离，取固体，干燥，得到所述具有超高染料吸附性能碳笼；
所述的染料包括藏红T和孔雀石绿中的至少一种；其中，吸附孔雀石绿的pH值为14；
所述的焦油为玉米秸秆气化焦油。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
步骤（1）中所述的焦油与表面活性剂的质量比为1~3:1；
步骤（1）中所述的焦油与二氧化硅的质量比为1:1~4；
步骤（2）②中所述的碳化材料I和氢氟酸的质量比为1:2~6。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：
步骤（1）中所述的焦油与表面活性剂的质量比为2:1；
步骤（1）中所述的焦油与二氧化硅的质量比为1:1；
步骤（2）②中所述的碳化材料I和氢氟酸的质量比为1:2。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
步骤（1）中所述的纳米二氧化硅为粒径15 nm的纳米二氧化硅；
步骤（2）①中所述的碳化的时间为30~60 min。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
步骤（1）中所述的水的用量为按每克焦油配比20~40 mL水计算；
步骤（2）②所述的氢氟酸溶液的浓度为质量百分比30～50％。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
步骤（1）中所述的搅拌的条件均为：300~600 r/min搅拌0.5~2小时；
步骤（1）和（2）①中所述的固液分离为采用抽滤的方式进行固液分离；
步骤（1）和（2）②中所述的干燥的条件为：80~100℃烘箱中干燥12~24 h；
步骤（2）①中所述的碳化的升温速率为2~3℃/min；
步骤（2）①中所述的保护性气体为氮气；
步骤（2）②中所述的搅拌的条件为：300~600 r/min搅拌0.5~2小时。
CN202010786218.XA 2020-08-07 2020-08-07 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 Active CN112090401B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010786218.XA CN112090401B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010786218.XA CN112090401B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112090401A CN112090401A (zh) 2020-12-18
CN112090401B true CN112090401B (zh) 2022-06-28

Family

ID=73750054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010786218.XA Active CN112090401B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112090401B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654278A (zh) * 2016-11-29 2017-05-10 南方科技大学 一种新型碳球及其制备方法与应用
CN108933235A (zh) * 2017-05-27 2018-12-04 武汉理工大学 一种开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130015719A (ko) * 2011-08-04 2013-02-14 연세대학교 산학협력단 메조동공구조 실리콘 산화물/그래핀 복합체 및 그 제조 방법
CN103626175A (zh) * 2013-12-17 2014-03-12 中国科学院新疆理化技术研究所 以煤焦油渣为原料制备活性炭的方法和应用
CN107055505A (zh) * 2017-03-21 2017-08-18 神华集团有限责任公司 多孔炭及其制备方法
CN108264045A (zh) * 2018-02-02 2018-07-10 中国科学院生态环境研究中心 废弃生物质热解焦油制备超高比表面积多孔炭材料的方法
CN109264713B (zh) * 2018-09-20 2020-06-12 中国科学院广州能源研究所 一种二氧化碳物理吸附用生物质焦油基高比表面积多孔碳的制备方法
CN110368897B (zh) * 2019-07-15 2022-03-18 安徽工业大学 一种煤焦油基超高比表面积含氮多孔炭及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654278A (zh) * 2016-11-29 2017-05-10 南方科技大学 一种新型碳球及其制备方法与应用
CN108933235A (zh) * 2017-05-27 2018-12-04 武汉理工大学 一种开放性笼状等级孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
煤焦油基多孔炭对染料的多层吸附性能;蔡英健;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20200215(第2期);正文第17、28页 *
生物质热解焦油的性质与化学利用研究现状;边轶等;《生物质化学工程》;20110331;第45卷(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112090401A (zh) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Effect of pyrolytic temperature on the adsorptive removal of p-benzoquinone, tetracycline, and polyvinyl alcohol by the biochars from sugarcane bagasse
Dávila-Jiménez et al. Performance of mango seed adsorbents in the adsorption of anthraquinone and azo acid dyes in single and binary aqueous solutions
CN110304630B (zh) 鸡粪/玉米秸秆复合共热解活性炭土壤修复剂及其制备方法与应用
CN109092245B (zh) 一种硅藻土负载碳纳米管吸附剂及其制备方法
CN111569829B (zh) 基于石墨烯材料的水中微塑料的去除方法
CN110465262A (zh) 利用氢氧化钾改性浒苔生物炭去除水中重金属镉的方法
CN111389448A (zh) 用于光催化降解的分级多孔g-C3N4@木头复合材料的制备方法
CN112090401B (zh) 一种利用不同表面活性剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法
CN112108118B (zh) 一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用
CN113019323A (zh) 超声活化生物炭及其制备方法与应用
KR20140069432A (ko) 이산화탄소 포집용 미세다공성 흡착제의 제조방법
CN112023877A (zh) 一种磁改性棉花秸秆生物炭的方法及溶液中去除重金属铅的应用
CN112573612B (zh) 一种利用亚胺型共价有机框架同时吸附苏丹红i-iv的方法和应用
Zhou et al. Synthesis of porous carbon from orange peel waste for effective volatile organic compounds adsorption: role of typical components
CN108862277A (zh) 稻壳-污泥基复合活性炭及其制备方法
CN112090395B (zh) 一种利用不同活化剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法
Lo et al. Potential use of coconut husk-based magnetic sorbent for defoaming application
CN111647195A (zh) 一种多功能聚二甲基硅氧烷泡沫复合材料及其制备方法
RU2818442C1 (ru) Способ получения микропористого углеродного материала с клеткоподобной структурой
He et al. Adsorption of methylene blue by different types of straw biochar with performance comparison.
Zhu et al. Biowaste derived sustainable carbon aerogels/polyvinylidene fluoride composites for effective removal of organic pollutants/oils
CN114210309B (zh) 一种生物炭修复剂及其在海洋重金属污染中的应用
CN109019751B (zh) 一种有机废液吸附处理方法
CN113117642B (zh) 一种含硫有机物吸附剂及其制备方法
CN112657466A (zh) 一种以石蜡油脱色废土为原料制备空心碳吸附剂的方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant