一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂的制作方法
【专利摘要】本发明涉及环保材料领域，特别涉及一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂制备及其应用，其特征在于用不同存在形态的硫对膨胀石墨进行改性制得硫基改性膨胀石墨，并对模拟重金属污染水体中的重金属进行吸附处理，其中改性剂为硫化钠、硫单质、3?巯丙基三甲氧基硅烷等含硫物质。将其应用于铅、镉、铜和铬的重金属废水处理，相比于普通膨胀石墨分别提高了4.6倍、3.5倍、8.0倍和4.4倍。本发明提供的不同形态硫改性可膨胀石墨制备方法简单，反应条件温和，可以用于水体中重金属的吸附处理。
【专利说明】
-种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂
技术领域
[0001] 本发明设及环保材料领域，特别设及一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨 胀石墨吸附剂制备及其应用。
【背景技术】
[0002] 近些年随着我国工农业生产的快速发展，我国出现了重金属污染频发、常发的状 况，其中W铅、儒等污染最为典型。重金属在环境中难W降解，能在动植物体内积累，并通过 食物链逐步富集，最后进入人体造成危害，是对人类危害最大的污染物之一。因此，水体受 到污染后缺乏高效的修复技术是我国水体安全性面临的主要问题之一。
[0003] 重金属污染水体常用的处理方法包括化学法、生物法，物理吸附法等，其中吸附处 理因其简单便捷备受重视。吸附剂的开发和利用是吸附处理的关键因素，近年来发展起来 的吸附剂有活性炭、有机膨润±、分子筛、活化煤W及黏±等，大多W微孔为主，表面多发生 单分子层吸附，且存在成本昂贵、吸附效果不佳等缺点。
[0004] 膨胀石墨由于其具有疏松、多孔、比表面积大等特性，特别是其W大中孔及通孔的 孔结构，为多分子层吸附乃至在孔内发生凝聚提供了条件，因此，利用膨胀石墨特别是改性 膨胀石墨作为吸附剂处理水体污染方面具有很大的发展前景。在本专利的在先研究中，将 纳米铁负载在膨胀石墨上，制备了纳米铁/膨胀石墨复合材料，大大提高了对重金属铅、六 价铭及二价铭的去除率；WCTAB-邸r为复合改性剂对膨胀石墨进行改性处理并用于染料废 水的吸附，不仅改善了膨胀石墨对染料的吸附效果，同时大大提高了吸附反应速度。而W不 同形态硫为改性剂对膨胀石墨进行改性处理并应用于重金属废水的处理还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附 剂制备及其应用方法，W改善膨胀石墨在重金属废水处理领域的应用效果。
[0006] 本发明一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂，其制备方法为 通过表面处理或接枝的方法增加膨胀石墨表面的反应官能团，引入硫基来改善膨胀石墨对 重金属的吸附效果，该制备方法的具体步骤为：
[0007] (1)氧化插层：W32目天然鱗片石墨为原料，采用化学氧化插层法制备可膨胀石 frpi 墨；
[000引（2)改性:取上述制备的可膨胀石墨lOg，加入一定量硫基改性剂，在30°C水浴条件 下揽拌反应45min，经真空抽滤瓶抽滤洗涂至抑>4,50°C真空干燥30min，制得改性可膨胀 石墨；
[0009] (3)加热膨化：W低溫电炉对制得的改性可膨胀石墨进行加热膨化，待无黄烟产 生，取下冷却后即制得硫基改性膨胀石墨；
[0010] 所述步骤(1)中使用的氧化剂和插层剂分别为硝酸、憐酸和高儘酸钟，将Ig高儘酸 钟预先磨成粉末与IOg鱗片石墨混合均匀，取Hg浓硝酸与6g浓憐酸混合后，倒入鱗片石墨 中浸溃。
[0011]所述步骤(2)中的硫基改性剂分别为硫化钢(化2S)、单质硫粉(S)和3-琉基立甲氧 基硅烷(-甜)等含硫物质。
[0012] 所述步骤(3)中低溫电炉的功率为Ikw~沈W。
[0013] 本发明一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂具有如下优点：
[0014] (1)本发明利用膨胀石墨独特的层链状结构特征、比表面积大、吸附能力强、化学 惰性等特点，采用表面改性的方法成功地将硫基负载到膨胀石墨表面，制备成高效重金属 吸附剂，可W应用到重金属废水特别是浓度较高的重金属废水中，而且无二次污染，是环保 型的重金属吸附材料。
[0015] (2)本发明提供的不同形态硫改性可膨胀石墨制备方法简单，反应条件溫和，制备 出的吸附剂对废水中重金属的吸附效果得到显著提高，特别是对于浓度较高的重金属废水 的处理。因此，该类改性可膨胀石墨在塑料应用中有很好的应用前景。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0017] 实施例1:W32目天然鱗片石墨为原料，分别W硝酸和憐酸为插层剂，W高儘酸钟 为氧化剂，将Ig高儘酸钟预先磨成粉末与IOg鱗片石墨混合均匀，取Hg浓硝酸与6g浓憐酸 混合后，倒入鱗片石墨中浸溃，制得可膨胀石墨;分别取一定量的硫基改性剂(硫化钢溶液 浓度为O.lmol/L，用量为2ml;单质硫粉的用量为0.5g，揽拌反应后，真空条件下60°C加热 地;3-琉基S甲氧基硅烷浓度为96%，用量为2ml)加入到1 Og可膨胀石墨中，30°C水浴条件 下揽拌反应45min，然后经真空抽滤瓶抽滤洗涂至pH>4,经50°C真空干燥30min，得改性可 膨胀石墨;将改性可膨胀石墨置于功率为Ikw~2kw的低溫电炉上加热膨化，待无黄烟产生， 取下冷却后即制得硫基改性膨胀石墨。
[0018] 将上述方法制得的硫基改性膨胀石墨采用元素分析仪对改性前后的膨胀石墨进 行元素成分，考察不同形态硫改性的膨胀石墨表面元素含量变化，从而对改性效果进行分 析。
[0019] 表1膨胀石墨(EG)和硫基改性膨胀石墨(S/EG)表面元素分析
[0020]
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[0022]表1中可W看出，在经过改性之后，膨胀石墨中元素含量发生了的变化，其中S元素 的含量变化最大，传统膨胀石墨中S元素的含量很小，只有0.007%，在经过=种硫基改性之 后，改性膨胀石墨中S元素的含量分别达到了 1.790%、1.901%和0.832%，其中使用3-琉基 =甲氧基硅烷对膨胀石墨的改性效果最好。
[0023] 实施例2:用于硫基改性膨胀石墨重金属吸附效果测定的模拟重金属污染水体采 用含铅、儒、铜和铭的废水，浓度分别为lOmg/L和5〇111旨/1;用高精度电子天平称取0.05g硫基 改性膨胀石墨于20ml重金属废水中，恒溫震荡箱中反应化，其中恒溫振荡箱溫度为30°C，转 速为125r/min;反应后的水体重金属浓度采用电感禪合等离子体发射光谱仪（ICP-OES)测 定。
[0024] (1)使用2ml浓度为0.1mol/L的硫化钢溶液作为硫基改性剂，取制备的硫化钢改性 膨胀石墨对模拟水体重金属进行吸附效果探究，结果如表2所示。
[0025] 表2硫化钢改性膨胀石墨对水体重金属的吸附
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[0030] (3)使用0.5g的完全研磨至粉状的单质硫作为硫基改性剂，在改性剂与可膨胀石 墨恒溫揽拌反应45min后，将混合物置于真空条件下60°C加热地，然后取出混合物过筛，去 除未反应掉的硫粉。取制备的单质硫改性膨胀石墨对模拟水体重金属进行吸附效果探究， 结果如表4所示。
[0031] 表4单质硫改性膨胀石墨对水体重金属的吸附
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[0036]通过将=种硫基改性剂处理的膨胀石墨与普通膨胀石墨进行对比，发现膨胀石墨 经过琉基改性之后增强了对重金属的去除效果，其中使用2ml浓度为O.lmol/L的硫化钢溶 液作为硫基改性剂制备的改性膨胀石墨对重金属的处理效果最佳，对于含Pb2\Cd2\Cu 2+、 Cd6+的去除效果相比于普通膨胀石墨分别提高了 4.6倍、3.5倍、8.0倍和4.4倍。
【主权项】
1. 一种用于重金属废水高效处理的硫基改性膨胀石墨吸附剂，其特征在于制备方法包 括氧化插层、改性和加热膨化等步骤，主要应用于含?13 2+、0(12+、(：112+、0(16+等重金属废水的处 理。2. 根据权利要求1所述的氧化插层过程，其特征在于在IOg鳞片石墨中加入Ig高锰酸钾 作为氧化剂，和14g浓硝酸与6g浓磷酸的混合液作为插层剂。3. 根据权利要求1所述的改性过程，其特征在于使用硫化钠、单质硫粉和3-巯基三甲氧 基硅烷等含硫物质作为改性剂。4. 根据权利要求1所述的加热膨化过程，其特征在于使用Ikw~2kw的低温电路进行膨 化。
【文档编号】B01J20/20GK105903435SQ201610224058
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】林爱军, 王会丽, 焦春磊, 徐从斌
【申请人】北京化工大学