一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用制造技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及了一种磁性吸附剂材料及其制备方法和应用，取干丝瓜络洗涤后用烘箱烘干，取丝瓜剪碎，放入容器中；将硝酸铁溶液和尿素溶液充分混合均匀倒入盛有丝瓜的容器中，水浴加热，将丝瓜取出，冷冻干燥，得到冻干后的丝瓜；将冻干后的丝瓜和氢氧化钾粉末混合均匀放入磁舟，碳化，冷却至室温，将碳化后的丝瓜磨碎，得到C

【技术实现步骤摘要】
一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用


[0001]本专利技术涉及一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，具体涉及一种通过含氧官能团的亲水性、静电作用力、以及较好的多孔结构的材料对三种重金属离子的吸能够达到较高的吸附容量，属于材料


技术介绍

[0002]水被广泛认为是最重要的自然资源，因此人们一度对水安全和水短缺给予了极大关注。而且，水污染已经成为水质差的主要原因之一。重金属污染由于对生物系统的影响而广为人知，对公众健康和水生生物均极为有害。沉淀、吸附、氧化、纳滤等许多技术已被广泛用于去除水流中的重金属离子，在这些技术中，吸附被认为是一种有前途的水处理技术，易于操作，更高的成本效益以及吸附剂的多样性。在过去的几十年中，已经广泛研究了重金属离子在各种材料(例如纳米颗粒、生物吸附剂和金属有机骨架)上的吸附。
[0003]大多数材料存在某些限制，例如复杂的制备，繁琐的分离和低可重复使用性，因此，吸附在工业水平上无法达到良好的状态。最近，以3D多孔碳质材料为固体吸附剂以去除重金属离子，由于其重量轻，比表面积大和可调节的孔径，已越来越受到吸附剂研究者的关注。特别是，3D分层多孔结构可以生成许多活性位点和π
‑
π石墨碳结构，这将增加碳化出来的生物质炭吸附剂的吸附性能。因此，可以制成纤维、管或球状的多孔碳以及石墨烯泡沫，以实现较高的吸附去除性能。然而，多孔碳基吸附材料的制造复杂且需要相对较高的成本，需要大量使用模板方法和蚀刻方法。此外，碳资源(例如石墨烯和碳纳米管)的工业生产成本很高，因此，有必要开发低成本的碳基高性能吸附材料。
[0004]生物质中大量固有的微米级多孔结构以及物理和化学活化产生大量多孔结构，因此，源自自然生物质的多孔碳材料具有用作吸附材料的潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供的生物质炭材料作为吸附剂，吸附过程中采用磁性分离方式。这种材料具有足够多的空隙、较大的比表面积、较好的共轭体系。通过络合作用、以及较好的多孔结构。实验发现，制备过程中经过冷冻干燥然后再碳化得到的生物质炭材料对重金属离子的吸附性能最好，将其作为吸附剂用于重金属离子的吸附有巨大应用潜力。
[0006]为实现上述目的，一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，方法如下：在含有重金属离子的溶液中加入磁性吸附剂材料，进行震荡吸附；
[0007]所述的磁性吸附剂材料，制备方法如下：
[0008]1)取干丝瓜络洗涤后用烘箱烘干，取丝瓜剪碎，放入容器中；
[0009]2)将九水硝酸铁溶解于有机溶剂中得硝酸铁溶液，将尿素溶解于水中得到尿素溶液，将硝酸铁溶液和尿素溶液充分混合均匀倒入盛有丝瓜的容器中，水浴加热，将丝瓜取出，冷冻干燥，得到冻干后的丝瓜；
[0010]3)将冻干后的丝瓜和氢氧化钾粉末混合均匀放入磁舟，在管式炉中高温下进行碳
化，冷却至室温，将碳化后的丝瓜磨碎，得到C
‑
N
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Fe
‑
FD
‑
KOH粉末。
[0011]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，对振荡吸附后的磁性吸附剂材料进行洗脱，洗脱剂为醋酸与盐酸的混合水溶液。
[0012]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，所述的洗脱液，醋酸的浓度为2.5mol/L，盐酸的浓度为0.1mol/L，按体积比，醋酸：盐酸＝2:1。
[0013]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，所述的金属离子是Cd
2+
、Pb
2+
、Cu
2+
中的一种或多种。
[0014]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤2)中，所述的有机溶剂为无水乙醇，按质量比，九水硝酸铁：无水乙醇＝1：4。
[0015]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤2)中，按质量比，尿素：水＝3：5。
[0016]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤2)中，所述的水浴加热是在70℃条件下加热3h。
[0017]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤2)中，所述的冷冻干燥的冷冻时间为12h。
[0018]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤3)中，按质量比，冻干后的丝瓜：氢氧化钾3：0.7。
[0019]优选地，上述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，步骤3)中，所述的碳化条件为，在1000℃的条件下，反应时间为1h。
[0020]本专利技术的有益效果是：以丝瓜络为原材料设计合成的一种吸附剂，这种材料具有足够多的空隙、较大的比表面积。通过含氧官能团的亲水性、静电作用力、以及较好的多孔结构。易用于强磁铁将磁性材料从液体中分离出来，对三种重金属离子Pd
2+
、Cd
2+
、Cu
2+
有优越的吸附性能。
附图说明
[0021]图1是实施例1中对冷冻干燥和普通干燥的材料C
‑
N
‑
Fe
‑
KOH的围观形貌进行研究分析的扫描电镜图，丝瓜络(A)、横截面(B)、冻干(D、F)和普通干燥(C、E)。
[0022]图2是实施例1中C
‑
N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH材料的XPS的全谱图(A)和Fe 2p(B)、O 1s(C)、和C1s(D)的电子结合能谱图。
[0023]图3是实施例1中材料C
‑
N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH的Zeta电位图。
[0024]图4是实施例2中材料C
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N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH、C
‑
N
‑
Fe
‑
KOH和C
‑
N
‑
Fe对重金属离子Cd
2+
、Pd
2+
、Cu
2+
的吸附效果对比图。
[0025]图5是实施例3中单/多组分系统中的C
‑
N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH对吸附等温线研究和吸附动力学研究图。
[0026]图6是实施例4中C
‑
N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH材料循环使用性能研究图。
[0027]图7是实施例5中室温下C
‑
N
‑
Fe
‑
FD
‑
KOH材料在不同实际样品中的去除效率图。
[0028]图8是实验材料合成图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，方法如下：在含有重金属离子的溶液中加入磁性吸附剂材料，进行震荡吸附；所述的磁性吸附剂材料，制备方法如下：1)取干丝瓜络洗涤后用烘箱烘干，取丝瓜剪碎，放入容器中；2)将九水硝酸铁溶解于有机溶剂中得硝酸铁溶液，将尿素溶解于水中得到尿素溶液，将硝酸铁溶液和尿素溶液充分混合均匀倒入盛有丝瓜的容器中，水浴加热，将丝瓜取出，冷冻干燥，得到冻干后的丝瓜；3)将冻干后的丝瓜和氢氧化钾粉末混合均匀放入磁舟，在管式炉中高温下进行碳化，冷却至室温，将碳化后的丝瓜磨碎，得到C
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N
‑
Fe
‑
FD
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KOH粉末。2.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，对振荡吸附后的磁性吸附剂材料进行洗脱，洗脱剂为醋酸与盐酸的混合水溶液。3.根据权利要求1所述的一种磁性吸附剂材料在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，所述的洗脱液，醋酸的浓度为2.5mol/L，盐酸的浓度为0.1mol/L，按体积比，醋酸：盐酸＝2:1。4.根据权利要求1所述的一种磁性吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：许旭，马慕瑶，冉敏，魏茜茜，高佳欣，刘桂彬，李响，张蕾，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：