一种改性活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性活性炭，螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。制备方法包括：(1)用水反复冲洗活性炭，至冲洗液的pH值稳定，烘干，得到预处理的活性炭；(2)预处理的活性炭与硅烷偶联剂混合于乙醇溶液中，超声，调节溶液pH至酸性，室温保存后再进行加热回流反应，洗涤烘干得到硅烷偶联剂处理的活性炭；(3)将螯合剂加入水中，配成螯合剂溶液，再将硅烷偶联剂处理的活性炭加入螯合剂溶液中反应，洗涤烘干得到改性活性炭。相比于传统复杂的化学键合方式接枝改性，本发明专利技术利用静电吸附作用实现螯合剂对活性炭的改性，改性方法简单；改性活性炭能够实现对废水中重金属离子(Cu

A modified activated carbon and its preparation and Application

The invention discloses a modified active carbon, the chelating agent is connected to the surface and pore of the active carbon through the action of silane coupling agent. The preparation method includes: (1) repeatedly wash the activated carbon with water until the pH value of the washing solution is stable and dry to obtain the pretreated activated carbon; (2) mix the pretreated activated carbon and the silane coupling agent in the ethanol solution, adjust the pH value of the solution to acid by ultrasound, store at room temperature and then conduct the heating reflux reaction, wash and dry to obtain the activated carbon treated by the silane coupling agent; (3) add the chelating agent to the water Then, the active carbon treated by silane coupling agent was added into the chelating agent solution to react, washed and dried to obtain the modified active carbon. Compared with the traditional complex chemical bonding grafting modification, the invention realizes the modification of active carbon by chelating agent by electrostatic adsorption, and the modification method is simple; the modified active carbon can realize the modification of heavy metal ions (Cu) in wastewater

【技术实现步骤摘要】
一种改性活性炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种改性活性炭及其制备方法，尤其涉及一种螯合剂改性的活性炭及其制备方法，以及改性活性炭在重金属离子吸附方面的应用。
技术介绍
重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，直接危害人体健康，并导致环境质量恶化。重金属离子通过食物链进入人体，和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。活性炭具有较大的比表面积和发达的多孔结构，因其吸附性强、稳定性好、可再生、原材料来源范围广等特点，已被广泛应用于环境保护中，且需求量呈逐年增加趋势。活性炭主要通过物理吸附、化学吸附等过程进行吸附。活性炭吸附性能与活性炭的原材料、灰分含量、比表面积大小、表面官能团种类和数量等有关。因重金属污染的日益严重，如何利用活性炭实现对重金属离子的高效吸附备受关注。然而，由于活性炭表面的功能基团含量较低，对无机成分的亲和力明显小于有机成分，其对重金属离子吸附的效果并不理想。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种吸附效果好的螯合剂改性的活性炭。本专利技术的另一目的是提供该改性活性炭的制备方法。本专利技术还有一个目的是提供该改性活性炭在重金属离子吸附方面的应用。技术方案：本专利技术所述的改性活性炭，将螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。本专利技术所述的制备上述改性活性炭的方法，包括以下步骤，(1)用水反复冲洗活性炭，至冲洗液的pH值稳定，将活性炭烘干，得到预处理的活性炭；(2)预处理的活性炭与硅烷偶联剂混合于乙醇溶液中，超声，调节溶液pH至酸性，室温保存后再进行加热回流反应，洗涤烘干得到硅烷偶联剂处理的活性炭；(3)将螯合剂加入水中，配成螯合剂溶液，再将硅烷偶联剂处理的活性炭加入螯合剂溶液中反应，洗涤烘干得到改性活性炭。其中，所述步骤(1)中的烘干温度为60～105℃，烘干时间为8～12h。所述步骤(2)中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；预处理的活性炭与硅烷偶联剂的固液比为10:1～1:1，所述预处理的活性炭与乙醇溶液的固液比为1:5～1:10；超声时间为10～30min，用浓盐酸调节pH至3～4，室温保存1～2h后于40～100℃下回流2～10h，烘干温度为60～120℃，烘干时间为8～12h。所述步骤(3)中螯合剂为羧酸类螯合剂，选自二乙烯三胺五乙酸五钠或乙二胺四乙酸二钠；所述步骤(3)中螯合剂溶液的浓度为0.05～0.20mol/L，所述硅烷偶联剂处理的活性炭与螯合剂溶液的固液比为1:10～1:20；反应时间为12～24h，烘干温度为60～80℃，烘干时间为8～12h。将上述改性活性炭应用于重金属离子的吸附。本专利技术的改性活性炭的制备方法是以活性炭作为基体，通过其表面的羧基/羟基与硅烷偶联剂表面的氨基基团之间形成共价键和/或硅烷偶联剂分子与底物之间的物理吸附，硅烷偶联剂在活性炭表面上形成三维多层网络结构，再通过硅烷偶联剂上的氨基与螯合剂上的羧基之间的静电吸附作用，实现螯合剂对活性炭的改性。将改性活性炭用于废水中重金属离子的吸附处理，一方面活性炭具有大的比表面积、丰富的孔隙结构和良好的吸附性能，能够在一定程度上吸附重金属离子；另一方面，经改性后的活性炭表面有大量能与重金属离子配位的官能团(-NH2、-COOH)，连接到活性炭上的螯合剂与重金属离子发生螯合反应，从而实现对重金属离子的吸附去除。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点是：相比于传统复杂的化学键合方式接枝改性，本专利技术利用静电吸附作用实现螯合剂对活性炭的改性，改性方法简单，所涉及的处理步骤少，不会产生二次污染；改性活性炭能够实现对废水中重金属离子的高效吸附，对Cu2+和Cr6+的吸附量分别高达31.19mg/g和6.92mg/g。附图说明图1是活性炭和改性活性炭的扫面电镜SEM图；图2是活性炭和改性活性炭的X射线能谱分析EDS图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1(1)将活性炭用去离子水反复冲洗，至冲洗液的pH值稳定，60℃干燥8h，得到预处理的活性炭；(2)将步骤(1)预处理的活性炭与硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇溶液(乙醇与水的体积比为2:3)中，超声10min，使用浓盐酸调节溶液pH为3～4，室温保存1h，于40℃下不断搅拌加热回流2h，反应后用无水乙醇、去离子水反复洗涤，于60℃干燥8h，即得硅烷偶联剂处理的活性炭，其中预处理的活性炭与硅烷偶联剂的固液比为10:1(g:mL)，预处理的活性炭与乙醇溶液的固液比为1:5；(3)将乙二胺四乙酸二钠溶于水中，配成0.05mol/L螯合剂溶液，将步骤(2)硅烷偶联剂处理的活性炭加到螯合剂溶液中，反应12h，经去离子水洗涤，60℃干燥8h得到螯合剂处理的活性炭，即改性活性炭，其中硅烷偶联剂处理的活性炭与螯合剂溶液的固液比为1:10。通过扫描电镜观察活性炭和改性活性炭的微观形貌，如图1所示，活性炭表面有许多不规则结构的颗粒物，改性处理后，活性炭表面变得很光滑。将活性炭和改性活性炭分别进行X射线能谱分析(图2)，由图2可看出，改性活性炭出现了Na元素峰，表1和表2分别为活性炭和改性活性炭的具体元素含量，比较表1和表2，表2中Na元素的重量百分比为2.71％，表明螯合剂成功修饰到活性炭的表面。表1活性炭的元素含量元素重量百分比Wt％原子百分比At％C49.7261.35O35.0232.44Al1.250.69Si1.580.83P3.371.61S3.201.48Ti0.980.30Fe4.881.30表2改性活性炭的元素含量元素重量百分比Wt％原子百分比At％C59.6368.72O30.3626.27Na2.711.63Al0.230.12Si3.331.64P0.670.30S3.071.33...

【技术保护点】
1.一种改性活性炭，其特征在于，螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性活性炭，其特征在于，螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。


2.一种制备如权利要求1所述的改性活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用水反复冲洗活性炭，至冲洗液的pH值稳定，将活性炭烘干，得到预处理的活性炭；
(2)预处理的活性炭与硅烷偶联剂混合于乙醇溶液中，超声，调节溶液pH至酸性，室温保存后再进行加热回流反应，洗涤烘干得到硅烷偶联剂处理的活性炭；
(3)将螯合剂加入水中，配成螯合剂溶液，再将硅烷偶联剂处理的活性炭加入螯合剂溶液中反应，洗涤烘干得到改性活性炭。


3.根据权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的烘干温度为60～105℃，烘干时间为8～12h。


4.根据权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建中，苏梦，黄文贤，陈琦，白王军，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32