CN113788523A

CN113788523A - 一种改性活性炭复合材料的制备

Info

Publication number: CN113788523A
Application number: CN202111168030.XA
Authority: CN
Inventors: 苏春彦; 贾苗静; 訾曼莉
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2021-12-14

Abstract

本发明提供了一种改性活性炭复合材料的制备。制备步骤如下：1）将一定量的铁源和硫源先后溶解于去离子水中，搅拌充分溶解，再将含有一定量的抗坏血酸水溶液缓慢滴入其中，得前驱体溶液；2）将一定量活性炭粉末加入前驱体溶液中，充分搅拌，超声分散，得悬浊液；3）将悬浊液置于密封不锈钢高压反应釜中，然后将反应釜放入恒温烘箱中高温反应一定时间；4）将反应釜中的产物清洗干净，真空干燥，获得复合材料。本发明的显著特点：采用一步水热合成法，方法简单、成本低；活性炭粉末作为载体，使该复合材料易于稳定，有利于还原反应的进行，且易于回收重复利用。

Description

一种改性活性炭复合材料的制备

技术领域

本发明涉及一种改性活性炭复合材料的制备，属于水处理技术领域。

背景技术

随着经济社会的快速发展，治理去除废水中的重金属污染问题刻不容缓。废水中的六价铬具有高毒性，强致癌性，同时易溶解迁移，威胁土壤、地下水环境安全与人体健康，因此，急需对废水进行解毒处理。与六价铬不同的是，三价铬在大多数环境系统中毒性较小，因此，化学还原法常被用于处理废水中的六价铬。铁硫化合物被认为是一种高效的六价铬还原剂，一方面，低价硫表现出较强的供电子能力；另一方面，铁能与铬形成稳定的共沉淀，同时能够促进硫对六价铬的还原。二硫化亚铁是一种常见的过渡金属硫化物，在自然界中多以黄铁矿的形式存在，环境相容性好，储量丰富，具有较高的稳定性和优异的还原性，在还原、光催化和锂离子电池电极材料等领域具有广泛的应用前景。但是二硫化亚铁颗粒在合成或者保存过程中容易团聚形成较大颗粒的晶体，导致比表面积和分散性下降，进而导致活性下降。因此，通过负载合适的载体，制备高分散性的二硫化亚铁晶体，有助于提高原有材料的性能。活性炭是一种具有特殊微晶结构的炭，它具有一系列优点：价格低廉，耐酸碱，性质稳定，具有发达的孔隙结构，巨大的比表面积以及优良的传输电子能力，因此活性炭作为催化剂载体得到了大量应用。

二硫化亚铁具有较好的还原性，且以活性炭粉末作为载体，有利于纳米颗粒的稳定和分散，增加可用于反应的活性位点，有利于氧化还原反应的进行，易于回收利用。总之，将二硫化亚铁负载于活性炭粉末上，以期利用提高氧化还原性能及可重复利用性。

发明内容

本发明目的在于提供一种还原性复合材料的制备方法，解决现有的废水中重金属污染物深度净化成本高，难以重复利用，降解效率低的问题。此复合材料采用一步水热合成法，制备方法简单，成本低，有较高的去除效果并且可重复利用。

一种复合还原性材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将一定量的铁源和硫源先后溶解于40 mL的去离子水中，磁力搅拌使之充分溶解；

2）将一定量的抗坏血酸溶解在10 mL的去离子水中，磁力搅拌后将其缓慢滴加到步骤1）中的混合溶液中，得到前驱体溶液；

3）将一定量的活性炭粉末加入步骤2）的前驱体溶液中，充分搅拌，并置于超声中均匀分散，得悬浊液；

4）将步骤3）中的悬浊液置于反应釜中，在一定温度下反应一定时间；

5）待步骤4）的反应釜自然冷却至室温，取出釜中反应产物，依次用无水乙醇和去离子水清洗3次，60 ℃下真空干燥10 h，即得到产物二硫化亚铁改性活性炭材料。

按上述方案，铁源为六水合氯化铁，九水硝酸铁，或九水硫酸铁，且物质的量为1~3mmol。

按上述方案，硫源为L-半胱氨酸，硫脲，或硫代乙酰胺。

按上述方案，硫源和铁源物质的量之比为（0.9~3）：1。

按上述方案，抗坏血酸和铁源物质的量之比为（0.1~2）：1。

按上述方案，活性炭粉末质量为0.3~0.5g。

按上述方案，反应釜的反应温度为160~200℃，加热反应时间为8~15 h。

本发明工作原理：以活性炭粉末为载体，负载还原活性组分二硫化亚铁，得到一种新型稳定的还原性材料，由于活性炭有利于纳米颗粒的稳定和分散，有利于氧化还原反应的进行，并且易于回收利用。

本发明有以下有益效果：

本发明通过一步水热合成法合成，操作简单，原料廉价易得、成本低，所制备的材料具有较好的还原性能，可重复利用。在环境保护、材料化学领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备的二硫化亚铁改性活性炭材料的扫描电子显微镜（SEM）图像和X射线能谱分析（EDS）图；

图2为实施例1制备的二硫化亚铁改性活性炭材料的X射线粉末衍射（XRD）谱图；

图3为实施例1制备的二硫化亚铁改性活性炭材料的X射线光电子能谱（XPS）谱图；

图4为实施例1制备的二硫化亚铁改性活性炭材料（记为CL-FeS₂）和活性炭粉末去除六价铬的效率随反应时间的变化曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

实施例1：

1)将1 mmol六水合三氯化铁和1.1 mmol L-半胱氨酸先后溶解于40 mL的去离子水中，磁力搅拌1 h使之充分溶解；

2）将0.1 mmol的抗坏血酸溶解在10 mL的去离子水中，磁力搅拌后将其缓慢滴加到步骤1）中的混合溶液中，得到前驱体溶液；

3）将0.5 g的活性炭粉末加入步骤2）的前驱体溶液中，充分搅拌，并置于超声中均匀分散，得悬浊液；

4）将步骤3）中的悬浊液置于反应釜中180 ℃加热10 h；

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入1 mmol 九水硝酸铁。其他与具体实施例1相同。

实施例3：

本实施例与实施例1不同的是：步骤2）中加入2 mmol的抗坏血酸。其他与具体实施例1相同。

实施例4：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入3 mmol L-半胱氨酸。其他与具体实施例1相同。

实施例5：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入1 mmol的硫代乙酰胺。其他与具体实施例1相同。

实施例6：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入1 mmol的硫脲。其他与具体实施例1相同。

实施例7：

本实施例与实施例1不同的是：步骤3）反应釜的反应温度为170 ℃，加热反应时间为13 h。其他与具体实施例1相同。

实施例8：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入0.9 mmol L-半胱氨酸；步骤2）中加入1.5 mmol的抗坏血酸。其他与具体实施例1相同。

实施例9：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入2.5 mmol的硫脲，步骤3）反应釜的反应温度为160 ℃，加热反应时间为15 h。其他与具体实施例1相同。

实施例10：

本实施例与实施例1不同的是：步骤1）中加入1.5 mmol L-半胱氨酸；步骤2）中加入2 mmol的抗坏血酸；步骤3）反应釜的反应温度为200 ℃，加热反应时间为10 h。其他与具体实施例1相同。

Claims

1.一种改性活性炭复合材料的制备，其特征在于，以二硫化亚铁为还原活性组分，以活性炭粉末为载体材料，其中二硫化亚铁稳定地分散于活性炭粉末上，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中铁源为六水合三氯化铁，九水硝酸铁，或九水硫酸铁，且物质的量为1~3mmol。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中硫源为L-半胱氨酸，硫脲，或硫代乙酰胺。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中硫源和铁源物质的量之比为（0.9~3）：1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中抗坏血酸和步骤1）中铁源的物质的量之比为（0.1~2）：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中活性炭粉末质量为0.3~0.5g。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中反应釜的反应温度为160~200℃，加热反应时间为8~15 h。