一种金属离子炭化吸附材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属离子的吸附材料及其制备方法，属于功能性吸附材料【技术领域】，解决聚乙烯亚胺在处理重金属废水时不能回收的问题。一种金属离子炭化吸附材料，是使用环氧氯丙烷对聚乙烯亚胺进行交联改性，然后炭化形成的，其中聚乙烯亚胺与环氧氯丙烷的质量比为1∶0.5～0.6。本发明产品含活性氨基官能团的吸附剂且具备部分炭材料性质，对金属离子有较高的吸附率，且具有较好的去除率，可重复利用。
【专利说明】一种金属离子炭化吸附材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能性炭化吸附材料【技术领域】，具体涉及一种主要用于吸附废水中的金属离子的炭化吸附材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染，是对水体污染最严重和对人类危害最大的污染之一，污染源主要来源于矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水，废水中一般含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子。
[0003]进入环境或生态系统中的重金属离子，主要以化合物的形式存在，而且不会被自然降解，通过生物的存留、积累和迁移，慢慢富集造成严重危害。而大多数金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体；某些重金属及其化合物能在鱼类及其他水生生物体内以及农作物组织内富集、累积并参与生物圈循环形成范围更广的危害。重金属废水的处理方法很多，可分为两大类:一类是使溶解性的重金属转变为不溶或者难溶的金属化合物，从而将其从水中除去；另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离。目前常用的处理重金属废水方法有:化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、电解法、生物法以及吸附法。在这些方法中，吸附法是一种既高效又简便经济的方法。
[0004]目前国内外研发了许多具有较强吸附能力的合成吸附剂用来净化废水，其中聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)是一种新型的重金属离子捕集剂,分为线性和分枝状两种，其线型大分子链中拥有大量的胺基N原子，对重金属离子能产生很强的螯合作用。但是，由于聚乙烯亚胺属于水溶性聚胺，在处理重金属废水时不能回收，不符合当今高效环保的时代诉求。
[0005]因此，如何利用聚乙烯亚胺对重金属离子的螯合作用，制备一种可高效吸附废水中金属离子、不溶于水、可回收的吸附材料，是当前的一个研究热点。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决聚乙烯亚胺在处理重金属废水时不能回收的问题，而提供一种金属离子炭化吸附材料及其制备方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种金属离子炭化吸附材料，是使用环氧氯丙烷对聚乙烯亚胺进行交联改性，然后炭化形成的，其中聚乙烯亚胺与环氧氯丙烷的质量比为1: 0.5?0.6。
[0008]上述金属离子炭化吸附材料的制备方法，步骤为:
(I)将环氧氯丙烷ECH的乙醇溶液滴加入聚乙烯亚胺PEI的水溶液中，调节溶液体系pH=7?8，搅拌反应I?2h得到交联改性聚乙烯亚胺CPEI，其中乙烯亚胺与环氧氯丙烷的质量比为1: 0.5?0.6 ;(2)将交联改性聚乙烯亚胺CPEI置于炭化炉内，升温至200~300°C，炭化2~3h，即得成品CCPEI。
[0009]进一步地,步骤(1)中所述的聚乙烯亚胺水溶液的质量浓度为40~60%,所述的环氧氯丙烷乙醇溶液的质量浓度为40~60%。
[0010]步骤(1)中所述的环氧氯丙烷乙醇溶液与聚乙烯亚胺水溶液在30~40°C条件下搅拌反应I~2h。
[0011]步骤(2)中在氮气保护下升温，升温速率为3~5 V /min。
[0012]本发明的发明思路是，将聚乙烯亚胺在水介质中充分溶胀，加入交联剂环氧氯丙烷后，在聚乙烯亚胺的胺基作用下，先发生环氧氯丙烷环氧键的开环反应，环氧氯丙烷与聚乙烯亚胺上的胺基发生脱HCl反应，并与另一条聚乙烯亚胺大分子链发生交联反应，然后将交联产物高温烧结，将短分子链除去并使部分碳链炭化，形成疏松的多孔物理结构，合成纳米级微孔结构炭材料，产品可同时具备聚乙烯亚胺对金属离子的螯合作用、活性炭的多孔吸附作用。
[0013]本发明金属离子炭化吸附材料为含活性氨基官能团的吸附剂，且具备部分炭材料性质，对铜离子、铁离子、铅离子的最大饱和吸附容量分别达到了 71.98mg/g、47.65mg/g、37.51mg/g，且对三种重金属离子均具有较好的去除率，对吸附材料用酸进行淋洗再生时，能够再次应用到重金属废水处理中。
[0014]本发明金属离子炭化吸附材料对金属离子的吸附性能测试结果如下:
一、根据静态容量法以及低温氮吸附的原理，通过静态氮吸附仪对产物的BET比表面、孔容、以及孔径分布进行了测试`表征，结果如表1
【权利要求】
1.一种金属离子炭化吸附材料，其特征在于，是使用环氧氯丙烷对聚乙烯亚胺进行交联改性，然后炭化形成的，其中聚乙烯亚胺与环氧氯丙烷的质量比为1: 0.5?0.6。
2.权利要求1所述的金属离子炭化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤为: (1)将环氧氯丙烷ECH的乙醇溶液滴加入聚乙烯亚胺PEI的水溶液中，调节溶液体系pH=7?8，搅拌反应I?2h得到交联改性聚乙烯亚胺CPEI，其中乙烯亚胺与环氧氯丙烷的质量比为1: 0.5?0.6 ; (2)将交联改性聚乙烯亚胺CPEI置于炭化炉内，升温至200?300°C，炭化2?3h，即得成品CCPEI。
3.根据权利要求2所述的金属离子炭化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的聚乙烯亚胺水溶液的质量浓度为40?60%，所述的环氧氯丙烷乙醇溶液的质量浓度为40?60%o
4.根据权利要求2所述的金属离子炭化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的环氧氯丙烷乙醇溶液与聚乙烯亚胺水溶液在30?40°C条件下搅拌反应I?2h。
5.根据权利要求2所述的金属离子炭化吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在氮气保护下升温，升温速率为3?5 °C/min。
【文档编号】C02F1/28GK103586007SQ201310585082
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】高建峰, 陈曦, 胡拖平, 安富强, 周文霞, 平伟光 申请人:中北大学