一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种污泥的处理技术，具体地设及一种污水重金属离子吸附剂的介孔 碳材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 河道中的污泥中含有大量寄生虫（卵）、病原菌、铭、铜、锋、隶等重金属、盐类W及 多氯联苯、二嗯英、放射性核素等难降解的有毒有害物。运些物质对环境和人类健康可能造 成较大危害。另外污泥中还含有其他有毒有机化合物。其毒性主要来自于游离氯基，如含氯 的电锻废水。河道中的有机物污染主要有氯化物、氣化物、挥发酪W及多环芳控、苯等。如氯 化物是含有-CN基的一类化合物总称，为有毒化合物，运些有机化合物会通过食物链进入人 体并在体内富集，具有持久危害性，会对人体的免疫系统造成损害。传统的处理方法有:卫 生填埋，污泥堆肥及农用，污泥焚烧，海洋倾倒。然而运些处理方式往往存在着大量占地、污 染空气及地下水的弊端，并不能够达到合理安全处置的效果，随着环保标准的逐步提高和 人们环保意识的增强，运些传统的处置方式已渐渐受到环保法规和资源的限制。通过赔烧 将污泥制备成吸附碳材料，用于环境修复，成为污泥近来年资源化的热点问题，受到研究者 和环保领域的关注。
[0003] 污泥中含有较多的碳，经炭化活化后可制成活性炭吸附剂，可作有机废水处理剂， 同时污泥中的重金属得到一定程度的固化。利用污泥制备活性炭有着巨大的潜力，极大的 优越性，泥质活性炭代替商品活性炭可W节省木材，煤炭等原料，同时降低了活性炭的生产 成本。而且可解决日益突出的河道污泥的污染问题，同时泥质活性炭用于水处理，W废治 废，符合国内外固体废物的资源化、无害化、减量化处置原则。所生产的碳吸附材料具有高 度发达的孔隙结构和极大的比表面积，经过不同工艺调节孔径后能适合处理分子直径不一 的污染物。据报道，在碳材料的各种孔结构(微孔、介孔、大孔)当中，介孔在液相吸附方面发 挥了重要作用，尤其对类似于染料运类大分子污染物的去除，更为突出，W介孔为主的多孔 碳材料往往比传统的微孔吸附材料表现出更强大的吸附性能。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，为弥补传统活性炭材料吸附能力的不足，发挥介孔在液相吸附方面的 重要作用，减少活化剂的使用，本发明采用类模板法，在不使用任何化学活化剂的条件下， 利用河道污泥为碳源前躯体，常用的絮凝剂作为模板剂来合成介孔碳材料，无疑是传统碳 吸附材料最有效的替代品。本发明的目的是提供一种清洁环保，安全绿色的处置方式，将河 道污泥进行减量化、安全化和资源化处理，制备出具有丰富的介孔，吸附能力强，吸附速率 快的一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料及其制备方法。
[0005] 本发明提供了一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料，技术方案是： 一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料，由W下成分W重量份制备而成:娃酸钢10- 15份、脱乙酷甲壳素1-3份、聚丙締酷胺2-4份、硫酸儀0.5-1份、双聚氯胺0.5-1份、氯化锋 0.1-0.2份、氯酸钟1-3份、木质素0.2-0.6份、Ξ氯异氯尿酸钢0.2-0.4份、十二烷基二甲基 苄基氯化锭0.3-0.5份、浓硫酸0.4-0.6份、石墨締纳米层/Μη02复合物5-10份、壳聚糖-石墨 締复合材料6-12份、干河道污泥20-30份、水40-50份。
[0006] 优化的，一种如权利要求1所述的污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料，是由W下 成分W重量份制备而成:娃酸钢12份、脱乙酷甲壳素2份、聚丙締酷胺3份、硫酸儀0.7份、双 聚氯胺0.8份、氯化锋0.1份、氯酸钟2份、木质素0.3份、Ξ氯异氯尿酸钢0.3份、十二烷基二 甲基苄基氯化锭0.4份、浓硫酸0.5份、石墨締纳米层/Μη02复合物8份、壳聚糖-石墨締复合 材料9份、干河道污泥25份、水45份。
[0007] 优选的，还包括娃藻±6-12重量份。
[000引优选的，还包括膨润±6-12重量份。
[0009] 本发明还提供一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料的制备方法，具体包括W 下步骤： 步骤1:将娃酸钢和10-15份水在室溫下混合揽拌15min，在揽拌后的溶液中加入浓硫酸 与4-5份水的混合液，继续揽拌20min，得混合液A; 步骤2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯异氯尿酸钢和脱乙酷甲壳素，升溫至70°C揽拌 40min后降至室溫静置lOh得混合溶液B; 步骤3:将聚丙締酷胺、硫酸儀、木质素、双聚氯胺、氯化锋、氯酸钟、十二烷基二甲基节 基氯化锭和4-8份水混合，揽拌15min后加入混合溶液B中继续揽拌化，得混合溶液C; 步骤4:将步骤3得到的混合溶液C与石墨締纳米层/Mn02复合物、壳聚糖-石墨締复合材 料和干河道污泥混合，并加入剩余的水揽拌均匀得混合液D; 步骤5:将步骤4得到的混合液D放入烘干装置中在80°C-16(rC下进行干化处理； 步骤6:将步骤5干化处理过的固体物，放入碳化炉中在氮气氛围下进行碳化处理，碳化 过程为，在15°C/min的升溫速率下升溫至600°C-900°C，碳化时间控制在2-化； 步骤7:将步骤6得到的固体研磨粉碎，过筛至400目得介孔碳材料。
[0010] 优选的步骤4具体为:将步骤3得到的混合溶液C与、石墨締纳米层/Mn02复合物、壳 聚糖-石墨締复合材料、娃藻±和干河道污泥混合，并加入剩余的水揽拌均匀得混合液D。
[0011] 优选的步骤4具体为:将步骤3得到的混合溶液C与、石墨締纳米层/Mn02复合物、壳 聚糖-石墨締复合材料、膨润±和干河道污泥混合，并加入剩余的水揽拌均匀得混合液D。
[0012] 石墨締纳米层(GNS)/Mn02复合物(GNS/Mn02)在去除污水中的重金属离子效果好， 去除废水中Ni化、Pb化和Cu化Ξ种重金属离子的效果更佳，GNS作为载体，增大了吸附剂的 比表面积，Mn02起主要的吸附作用，5次重复使用之后，GNS/Mn02的吸附能力还能恢复到 91%，有很好的再生能力。
[0013] 壳聚糖-石墨締复合材料具有较大的比表面积和独特的介孔结构，壳聚糖-石墨締 复合材料的双倍螺旋结构、壳聚糖和石墨締之间的静电作用、氨键作用和范德华力都增强 了对金属离子的去除能力。
[0014] 交联累托石是利用累托石粘±的阳离子交换性能，选择交联剂如聚合径基金属阳 离子或者氧化物等，使累托石粘±可膨胀间层被交联剂柱撑开而获得更大的层间距，改善 天然累托石的性能。交联累托石结构稳定，不发生膨胀，具有较大的比表面积、离子交换容 量和微孔孔径而且具有热稳定性好、表面酸性强等特点，吸附能力增大70% W上，具有较大 的层厚度，是一种性能优异的催化剂和吸附剂。
[0015] 膨润 ±(bentonite)是一种 W 蒙脱石(111〇]11：1]1〇1'；[110]1；[16)为主要成分的粘±矿物。 其化学成分为侣娃酸盐，化学式为A1203 · 4Si02 · 3H20。微观结构的单位晶胞由两个Si20 四面体晶片和它们之间夹着的一个A120或A120H八面体晶片组成，膨润±具有较强的吸附 性和离子交换性。
[0016] 本发明首次采用的合成污泥基介孔碳材料，可实现对材料孔道结构的方便调控， 工艺简单，具有工业应用化前景。合成出的污泥基介孔碳材料孔径分布比传统的污泥基碳 吸附材料更窄，运样更有利于吸附过程中孔隙间的传质效应，提高吸附速率。本发明合成 出的介孔碳材料具有良好的吸附性能，吸附能力优于市面的活性炭产品，可用于污水处置 及水中毒害物的去除，由于其出色的孔道分布及强大的孔容，也可W适用于载体材料。
【具体实施方式】
[0017] 下面本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。凡采用等同替换或等效变换的 方式所获得的替代方案，均处于本发明的保护范围之中。
[001引实施例1: 一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料，由W下成分W重量份制备而成:娃酸钢10 份、脱乙酷甲壳素1份、聚丙締酷胺2份、硫酸儀0.5份、双聚氯胺0.5份、氯化锋0.1份、氯酸钟 1份、木质素0.2份、Ξ氯异氯尿酸钢0.2份、十二烷基二甲基苄基氯化锭0.3份、浓硫酸0.4 份、石墨締纳米层/Mn02复合物5份、壳聚糖-石墨締复合材料6份、干河道污泥20份、水40份。
[0019] 上述碳材料的制备方法，具体包括W下步骤： 步骤1:将娃酸钢和10-15份水在室溫下混合揽拌15min，在揽拌后的溶液中加入浓硫酸 与4-5份水的混合液，继续揽拌20min，得混合液A; 步骤2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯异氯尿酸钢和脱乙酷甲壳素，升溫至70°C揽拌 40min后降至室溫静置lOh得混合溶液B; 步骤3:将聚丙締酷胺、硫酸儀、木质素、双聚氯胺、氯化锋、氯酸钟、十二烷基二甲基节 基氯化锭和4-8份水混合，揽拌15min后加入混合溶液B中继续揽拌化，得混合溶液C; 步骤4:将步骤3得到的混合溶液C与石墨締纳米层/Mn02复合物、壳聚糖-石墨締复合材 料和干河道污泥混合，并加入剩余的水揽拌均匀得混合液D; 步骤5:将步骤4得到的混合液D放入烘干装置中在80°C-16(rC下进行干化处理； 步骤6:将步骤5干化处理过的固体物，放入碳化炉中在氮气氛围下进行碳化处理，碳化 过程为，在15°C/min的升溫速率下升溫至600°C-900°C，碳化时间控制在2-化； 步骤7:将步骤6得到的固体研磨粉碎，过筛至400目得介孔碳材料。
[0020] 实施例2: 一种污水重金属离子吸附剂的介孔碳材料，由W下成分W重量份制备而成:娃酸钢15 份、脱乙酷甲壳素3份、聚丙締酷胺4份、硫酸儀1份、双聚氯胺1份、氯化锋0.2份、氯酸钟3份、 木质素0.6份、Ξ氯异氯尿酸钢0.4份、十二烷基二甲基苄基氯化锭0.5份、浓硫酸0.6份、石 墨締纳米层/Mn02复合物10份、壳聚糖-石墨締复合材料12份、干河道污泥30份、水50份。 [0021 ]上述碳材料的制备方法，具体包括W下步骤： 步骤1:将娃酸钢和10-15份水在室溫下混合揽拌15min，在揽拌后的溶液中加入浓硫酸 与4-5份水的混合液，继续揽拌20min，得混合液A; 步骤2:在混合液A中加入硫酸儀、Ξ氯异氯尿酸钢和脱乙酷甲壳素，升溫至70°C揽拌 40min后降至室溫静置lOh得混合溶液B; 步骤3:将聚丙締酷胺、硫酸儀、木质素、双聚氯胺