【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料吸附，具体涉及一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，尤其是一种同步吸附水中汞、镉和全氟辛酸、壬基酚的碳基超分子材料及其制备方法。
技术介绍
1、重金属（如汞、镉等）、新污染物（如全氟辛酸、壬基酚等）在水环境中被大量检出，其中汞、镉在水中能以简单阳离子形式存在，半径小，亲水性强，易失去电子而带正电荷，有可以接受配位体的空轨道，半衰期非常长；与重金属相比，全氟辛酸、壬基酚等分子结构更复杂，直径更大，疏水性更强，其中全氟辛酸含有强极性的c-f键，加之本身还含有特异性的官能团羧基，容易与重金属阳离子发生配位结合；而壬基酚含有苯环，苯环中的π键会形成负电势区，对重金属阳离子有很强的静电吸引作用，使得全氟辛酸、壬基酚与重金属阳离子产生复杂的交互作用。总的来说，全氟辛酸、壬基酚与重金属阳离子化学结构和性质较稳定，故能在水中持久共存形成复合污染，并在低暴露水平下表现出高毒性，被生物摄食并通过食物链逐级传递。因此，开展重金属、全氟辛酸和壬基酚复合污染的同步去除，具有重要的科学意义与应用价值。
2、吸附法因其可以在水中大规模灵活施用且能直接将污染物从水中移除，是目前去除水中典型重金属/新污染物（如全氟辛酸、壬基酚等）复合污染的首选方法。生物炭通常指由生物质废弃物原料在缺氧或有限氧气供应下热解形成的富碳固体产物，具有原料数量丰富、来源广泛和价格低廉等优点，其含有高度羧合的多孔芳香碳骨架，孔隙结构明显、比表面积较大、含有羧基、羟基等含氧官能团，因而具有良好的表面吸附作用。生物炭对全氟化合物、壬基酚的吸
3、β-环糊精具有“环内疏水，环外亲水”的锥筒状笼型超分子结构，环内处于碳氢键的屏蔽呈现疏水性，可与全氟辛酸、壬基酚发生主体-客体之间选择性包结，环外具有化学反应活性不完全相同的羟基，呈现亲水性，容易通过交联接枝反应实现与生物炭的复合。
4、本专利技术中所选用的交联剂除了能成为生物炭与β-环糊精结合的“桥梁”，最好还能兼具与重金属离子定向结合的能力，实现“一箭双雕”。此外，现有生物炭交联接枝反应采用传统电加热方式，反应时间较长（一般在几小时甚至十几小时以上），难以兼顾材料制备速度与除污效能，因此，本专利技术选择高效、节能的微波加热代替传统电加热，实现生物炭与β-环糊精快速复合，高效同步去除汞、镉、全氟辛酸和壬基酚的复合污染。
5、目前，国内外关于吸附材料针对单一重金属、新污染物（如全氟辛酸、壬基酚等）去除的研究颇多，但能够实现同步吸附水中重金属、新污染物（如全氟辛酸、壬基酚等）的吸附材料鲜有报道。因此，本专利技术建立微波辅助生物质热解和交联接枝β-环糊精的方法，通过优化其制备条件、表征其结构性质和测试其同步吸附性能，获取可高效同步去除汞、镉、全氟辛酸和壬基酚的碳基超分子材料。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种用于吸附水中重金属（如汞、镉等）、新污染物（如全氟辛酸、壬基酚等）的碳基超分子材料及制备方法，一方面可以实现纤维素生物质废弃物原料的资源化利用，另一方面制得的碳基超分子材料既有能吸附重金属离子的络合官能团，又有可选择性包结全氟辛酸、壬基酚的疏水性空腔，实现对符合污染物的同步去除；本方法工艺简单、高效节能，成果便于复制推广、市场前景广阔。
2、本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
3、一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将清洗干净的纤维素生物质放入石英管中，随后通入惰性气体，置于微波管式炉中以5-60℃/min的升温速率热解，热解温度为200-900℃，热解时间为2-30min，热解完成后制得原态生物炭；
5、s2、将所述步骤s1制得的原态生物炭与多元酸酐按质量比1：0.5～1：5反应，先将多元酸酐溶解至碱性极性有机溶剂中，再加入原态生物炭，置于微波合成仪中反应，反应温度为60-150℃，反应时间为5-30min，待反应完成后，依次用碱性极性有机溶剂、0.1mol/l氢氧化钠溶液、去离子水清洗至中性，并在65℃烘箱中烘干至恒重，制得羧基改性生物炭；
6、s3、将所述步骤s2中制得的羧基改性生物炭与β-环糊精按质量比0.5：1～5：1反应，先将β-环糊精溶解至氢氧化钠溶液中，再加入羧基改性生物炭，置于微波合成仪中反应，反应温度为30-120℃，反应时间为10-50min，待反应完成后，冷却至室温，依次用乙醇、去离子水清洗至中性，在65℃烘箱中烘干至恒重，制得碳基超分子材料。
7、而且，所述步骤s1中的惰性气体为氩气。
8、而且，所述步骤s2中的多元酸酐为均苯四甲酸酐、柠檬酸酐或乙二胺四乙酸二酐中的一种。
9、而且，所述步骤s2中的碱性极性有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺或吡啶中的一种。
10、而且，在所述步骤s2中，微波合成仪的反应温度为90-120℃，反应时间为15-25min。
11、而且，在所述步骤s3中，氢氧化钠溶液的质量分数为5%-20%。
12、一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料作为吸附水中汞、镉和全氟辛酸、壬基酚的材料的应用，碳基超分子材料的加入量为1g/l，反应时间为12-24h，反应温度为25℃。
13、而且，碳基超分子材料同步去除水中汞离子和全氟辛酸时，溶液的ph值为6-8。
14、而且，碳基超分子材料同步去除酸性废水中镉离子和壬基酚时，溶液的ph值为4-5。
15、本专利技术的优点和积极效果是：
16、1、本专利技术以纤维素生物质为原料，通过微波辅助热解和交联接枝制备碳基超分子材料，使其既有能吸附汞离子、镉离子的活性官能团，又有可选择性包结全氟辛酸、壬基酚的疏水性空腔；进一步优化其制备条件、表征其结构性质和测试其同步吸附性能，碳基超分子材料对汞离子和全氟辛酸同步吸附量分别可达28.13 mg/g和60.90 ug/g，比原态生物炭效果提升了2倍；碳基超分子材料对镉离子和壬基酚同步吸附分别可达24.15 mg/g和10.00mg/g，比原态生物炭效果提升了4.5倍，在酸性等恶劣条件下，具有良好的汞离子、镉离子、全氟辛酸、壬基酚同步去除效果，成功解决了汞离子、镉离子、全氟辛酸和壬基酚显著差异的结构性质造成现有吸附材料分子设计顾此失彼的难题。
17、2、本专利技术在纤维素生物质的热解、交联接枝过程中均采用了微波加热技术，充分利用了微波的非热效应、穿透力强和加热均匀的优点；同时选用了具有高效微波吸收特性的化学试剂（如n，n-二甲基甲酰胺），本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中的惰性气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中的多元酸酐为均苯四甲酸酐、柠檬酸酐或乙二胺四乙酸二酐中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中的碱性极性有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或吡啶中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，微波合成仪的反应温度为90-120℃，反应时间为15-25min。
6.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，氢氧化钠溶液的质量分数为5%-20%。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种同步
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：碳基超分子材料同步去除水中汞离子和全氟辛酸时，溶液的pH值为6-8。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：碳基超分子材料同步去除酸性废水中镉离子和壬基酚时，溶液的pH值为4-5。
...【技术特征摘要】
1.一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中的惰性气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中的多元酸酐为均苯四甲酸酐、柠檬酸酐或乙二胺四乙酸二酐中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中的碱性极性有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺或吡啶中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种同步吸附水中重金属、新污染物的碳基超分子材料的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，微...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜兆林，安毅，陈洪安，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：
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