本发明公开一种改性活性炭吸附剂及其制备方法和应用，属于活性炭制备技术领域，同时涉及该改性活性炭吸附剂在吸附污水中阴离子染料的应用。
背景技术：
随着工业的发展，水污染问题变得越来越严重。染料广泛应用于食品、纺织、印刷、皮革、造纸、化妆品、杀虫剂和塑料等许多行业。大量的染料废水排入到生态系统中造成了严重的污染问题。染料对生物具有很高的毒性，并且对人体有致癌作用。由于染料具有复杂的芳香结构，其对光、加热、氧化剂具有很高的稳定性，难以降解。因此这些染料废水必须经过处理才能排放，如何有效地处理染料废水就成为了非常重要的问题。
通常处理染料废水的方法包括吸附、絮凝、电解、膜过滤、离子交换、高级氧化、沉降、光催化、生物处理和臭氧化处理等方法。但是其中的许多技术通常具有许多缺点，如费用昂贵，过量使用化学试剂，能耗高等。在这些方法中吸附法因其高效，操作简便和成本低成为应用最多的方法。许多材料已经被研究用于吸附剂，如活性炭、沸石、二氧化硅、树脂、工农业废弃物等。活性炭由于具有多孔、高比表面积、充足廉价、易于操作、易于改性等优点，是一种优秀的吸附剂材料。但是商业活性炭也有一些缺点，如亲水性较差、吸附量不够高、无选择性等。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性活性炭的制备方法及其应用，该改性活性炭可用作吸附剂，能够更有效快速的处理染料废水。本发明制备得到的改性活性炭可以吸附水溶液中的阴离子染料，原材料廉价易得，制备工艺简单，易与水溶液分离，可循环使用。本发明的技术方案如下：
本发明的目的之一在于提供一种改性活性炭AC-PEI，其结构示意式为：
式中： 为活性炭。
本发明的目的之二在于提供一种改性活性炭的制备方法，具体包括：
（1）将活性炭用蒸馏水洗涤后在真空条件下干燥；将活性炭加入到浓硝酸溶液（市售）中，在80~90℃条件下回流反应20~30h后离心分离，取出固体物质用蒸馏水洗涤，真空干燥后得到的产物标记为AC-COOH；
（2）将AC-COOH加入到氯化亚砜中，在65~75℃条件下回流反应45~55h后离心分离，取出固体物质用四氢呋喃洗涤后真空干燥，得到的产物标记为AC-COCl；
（3）将AC-COCl加入到四氢呋喃中，然后加入聚乙烯亚胺，在室温条件下回流反应45~55h后离心分离，取出固体物质真空干燥后用蒸馏水洗涤，得到最终改性活性炭产品，标记为AC-PEI。
优选的，本发明所述的改性活性炭的制备方法，（1）中浓硝酸与活性炭的液固比为10:1~20:1。
优选的，本发明所述的改性活性炭的制备方法，（2）中氯化亚砜与AC-COOH的液固比为10:1~20:1。
优选的，本发明所述的改性活性炭的制备方法，（3）中四氢呋喃与AC-COCl的液固比为10:1~20:1，加入聚乙烯亚胺与AC-COCl的质量比为1:10~1:30。
本发明的目的之三在于将所述的改性活性炭用作为阴离子染料吸附剂。
本发明制备得到的吸附剂主要用于吸附染料废水中的阴离子染料，与现有技术相比，具有如下优点：
（1）能够很好的吸附阴离子染料，可广泛用于工业废水中染料的净化和处理。
（2）本发明的改性方法简单、成本较低。
（3）本发明的改性活性炭无毒无害，化学稳定性好，易于分离，可循环使用，对环境不造成二次污染。
（4）具有广泛的应用价值和经济价值。
综上所述，本发明的改性活性炭AC-PEI是一种很有潜力的阴离子染料吸附材料。
附图说明
图1 是本发明实施例1 制备的改性活性炭的红外光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述改性活性炭的制备方法，具体包括以下步骤：
将活性炭用蒸馏水洗涤后在真空条件下干燥，将活性炭加入到浓硝酸溶液中，液固比为10:1，在80℃条件下回流反应20h后离心分离，取出固体物质用蒸馏水洗涤，真空干燥后得到的产物标记为AC-COOH；将AC-COOH加入到氯化亚砜中，液固比为10:1，在65℃条件下回流反应45h后离心分离，取出固体物质用四氢呋喃洗涤后真空干燥，得到的产物标记为AC-COCl；将AC-COCl加入到四氢呋喃中，液固比为10:1，然后加入聚乙烯亚胺，加入的聚乙烯亚胺与AC-COCl的质量比为1:30，在室温条件下回流反应45h后离心分离，取出固体物质真空干燥后用蒸馏水洗涤，得到最终改性活性炭产品，标记为AC-PEI。
实施例1 制备的纳米中间体的红外光谱见图1，从图1 中看到，AC-COOH在3200-3600 cm-1宽峰对应于-O-H的吸收峰，来自羧基与活性炭吸收的水；在1710 和 1240 cm-1处的峰对应于C=O和 C-O的吸收峰，证明活性炭表面存在羧基； AC-PEI中2937和2778 cm-1处的峰对应于C-H的吸收峰，1441和1580 cm-1处的峰对应于C-NH的吸收峰，证明了聚乙烯亚胺成功嫁接到了纳米二氧化硅表面。
吸附阴离子染料性能测定：
取0.02 g AC-PEI吸附剂投入初始浓度为400 mg/L 的10 ml罗丹明6G溶液中震荡吸附1h 后，离心分离吸附剂，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为33mg/L，吸附率为91.7%。在同等条件下，未改性活性炭对水溶液中染料的吸附率为23.2%。
将吸附过染料的吸附剂在2mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中搅拌洗涤5 h，然后用蒸馏水洗涤吸附剂至pH不再变化，最后将吸附剂在40℃下真空干燥24 h。取上述吸附剂0.02 g 投入初始浓度为400mg/L 的10ml 罗丹明6G溶液中震荡吸附1h 后，离心分离吸附剂，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为37 mg/L，吸附率为90.7%。说明本发明的改性活性炭AC-PEI是可循环使用的。
实施例2
本实施例所述改性活性炭的制备方法，具体包括以下步骤：
将活性炭用蒸馏水洗涤后在真空条件下干燥。将活性炭加入到浓硝酸溶液中，液固比为15:1，在85℃条件下回流反应25h后离心分离，取出固体物质用蒸馏水洗涤，真空干燥后得到的产物标记为AC-COOH；将AC-COOH加入到氯化亚砜中，液固比为15:1，在70℃条件下回流反应50h后离心分离，取出固体物质用四氢呋喃洗涤后真空干燥，得到的产物标记为AC-COCl；将AC-COCl加入到四氢呋喃中，液固比为15:1，然后加入聚乙烯亚胺，加入的聚乙烯亚胺与AC-COCl的质量比为1:20，在室温条件下回流反应50h后离心分离，取出固体物质真空干燥后用蒸馏水洗涤，得到最终改性活性炭产品，标记为AC-PEI。
吸附阴离子染料性能测定
取0.02 g AC-PEI 吸附剂投入初始浓度为400mg/L 的10ml 罗丹明6G溶液中震荡拌吸附1 h 后，离心分离吸附剂后，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为31 mg/L，吸附率为92.3%。在同等条件下，未改性活性炭对水溶液中染料的吸附率为23.2%。
将吸附过染料的吸附剂在2mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中搅拌洗涤5 h，然后用蒸馏水洗涤吸附剂至pH不再变化，最后将吸附剂在40℃下真空干燥24 h。取上述吸附剂0.02 g 投入初始浓度为400mg/L 的10ml 罗丹明6G溶液中震荡吸附1h 后，离心分离吸附剂，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为35 mg/L，吸附率为91.3%。说明本发明的改性活性炭AC-PEI是可循环使用的。
实施例3
本实施例所述改性活性炭的制备方法，具体包括以下步骤：
将活性炭用蒸馏水洗涤后在真空条件下干燥。将活性炭加入到浓硝酸溶液中，液固比为20:1，在90℃条件下回流反应30h后离心分离，取出固体物质用蒸馏水洗涤，真空干燥后得到的产物标记为AC-COOH；将AC-COOH加入到氯化亚砜中，液固比为20:1，在75℃条件下回流反应55h后离心分离，取出固体物质用四氢呋喃洗涤后真空干燥，得到的产物标记为AC-COCl；将AC-COCl加入到四氢呋喃中，液固比为20:1，然后加入聚乙烯亚胺，加入的聚乙烯亚胺与AC-COCl的质量比为1:10，在室温条件下回流反应55h后离心分离，取出固体物质真空干燥后用蒸馏水洗涤，得到最终改性活性炭产品，标记为AC-PEI。
吸附阴离子染料性能测定
取0.02 g AC-PEI吸附剂投入初始浓度为400 mg/L 的10 ml 罗丹明6G溶液中震荡吸附1h 后，离心分离吸附剂，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为28 mg/L，吸附率为93.0%。在同等条件下，未改性活性炭对水溶液中染料的吸附率为23.2%。
将吸附过染料的吸附剂在2mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中搅拌洗涤5 h，然后用蒸馏水洗涤吸附剂至pH不再变化，最后将吸附剂在40℃下真空干燥24 h。取上述吸附剂0.02 g 投入初始浓度为400mg/L 的10ml 罗丹明6G溶液中震荡吸附1h 后，离心分离吸附剂，用紫外-可见分光光度计测定滤液中剩余染料浓度为33 mg/L，吸附率为91.3%。说明本发明的改性活性炭AC-PEI是可循环使用的。