专利名称：一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功能材料的制备方法。具体地说，是一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法以及该吸附材料在治理污水中污染重金属离子方面的应用。
背景技术：
由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动的日益增多，造成水体重金属污染加重，对生态环境和人类健康造成了一定的危害。另外在化工、电镀、制造等行业会产生含有金和银等贵重金属的废水。随着生活水平的不断提高，人们对环境、卫生、食品安全问题日益关注。因此，从健康和经济的角度出发，选择性地去除、回收和再利用某些贵重金属是非常必要的。现有的技术中，有多种方法可以实现重金属离子的去除，如化学沉淀法，离子浮选 法，电解沉淀法，离子交换法，电渗析法，蒸发法等。这些方法在成本，效率，复杂性及造成二次污染方面存在着一定的局限性。而作为一种简单、经济又能高效去除水中污染重金属离子的方法，吸附法在近年来受到广泛的关注、研究和应用。已被开发和利用的吸附剂有多种，如活性炭，硅胶，活性氧化铝，合成聚合物和沸石分子筛等。但由于这些吸附剂在稳定性，吸附能力，吸附选择性方面也存在着不同程度的不足，尤其是它们复杂而繁琐的分离、回收等操作过程，使其在应用的广泛性上受到一定的限制。因此，选择一种简单有效的制备新型材料的方法，使其具有球形颗粒微/纳米化、多孔性、较大的比表面积、较大的饱和磁化强度等优良特性，在外加磁场的作用下能够快速分离，并实现对吸附材料以及贵重金属离子的回收和循环利用。不仅能克服污染重金属离子传统处理方法中的不足，而且在解决吸附材料、重金属的回收和利用方面凸显出明显的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法及其应用。该炭包覆磁性吸附材料对污染水体中的污染重金属离子具有较好的吸附效果，并可以实现贵重金属离子及吸附材料的回收。实现本发明的技术方案本发明的思路是以镍源和碳源在溶剂中充分混合，干燥后经研磨得到固体混合物，将固体混合物在惰性气氛中煅烧得到炭包覆磁性吸附材料。一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行操作I)、将硝酸镍和碳源按质量比1:3 10称量，加入到体积比为1:1飞的乙醇水溶液中，在室温下搅拌溶解形成均相溶液；2)、将步骤I)得到的均相溶液置于80 120°C的烘箱中进行干燥，干燥后经研磨得到固体混合物；3)、将步骤2)得到的固体混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围下于55(T850°C煅烧2 10h，得到炭包覆磁性吸附材料。所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、草酸、壳聚糖或尿素中的一种或数种。所述的惰性气体氛围由氩气或氮气或氮一気混合气体构成。优选煅烧温度60(T80(rC ·本方法制备的炭包覆磁性吸附材料的用途是在污水治理中作为分离、回收重金属离子吸附剂的应用。本发明采用廉价的柠檬酸等含碳化合物作为碳源，以硝酸镍为磁源。将两者混入乙醇水溶液中均匀搅拌，蒸干溶剂研磨后，再进行温和的煅烧过程便可一步得到炭包覆磁性复合材料。制备出的这种具有炭包覆结构的磁性吸附材料作为一种新型环境净化功能材料，在较短时间内能吸附污水中的污染重金属离子，同时可以实现对吸附材料的循环利用和贵重金属的回收，降低成本，经济有效且不产生二次污染，为扩大工业规模化的生产应用提供了一定的研究基础。 本发明的效果和优点I、本发明方法得到的磁性吸附材料，具有炭包覆结构，结构稳定，且比表面积达200m2 · g—1 以上。2、该吸附材料具有磁性，因而在外部磁场的作用下便能够实现快速分离，而不产
生二次污染。3、与现有合成磁性材料技术相比，整个工艺过程制作方法简单安全，成本低，产率高，无环境污染。并且吸附污染重金属离子在3(T50min内便可以达到吸附平衡。
四
图I是实施例3所制备样品的XRD图；图2、图3分别是实施例3所得产物的SEM图和TEM图；其中图2是所得磁性吸附材料的全貌，从图中可看出制得的磁性吸附材料具有均匀分布的微球形貌；图3分别是所得吸附材料的高分辨结构特征，从所得图片可知制得的磁性吸附材料具有明显的炭包覆结构，包覆层厚度2-3nm。图4是实施例3所得磁性吸附材料的N2吸附一脱附曲线及孔径分布图；由孔径分布曲线图可得平均孔径约为20nm。图5是实施例3所得的磁性材料对不同重金属离子(Pb2+和Cu2+)的吸附曲线图；从曲线图中可以获得吸附过程在3(T50min内便可以达到吸附平衡，说明制得的磁性吸附剂吸附金属离子的速度快、效果明显。
五具体实施例方式以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明。实施例I炭包覆磁性吸附材料的制备制备步骤依次如下I)、将3. Og葡萄糖和I. Og硝酸镍加入到80mL体积比为I: I的乙醇水溶液中，在磁力搅拌下形成均相溶液；
2)、将步骤I)得到的均相溶液加热至105°C使其烘干得固体混合物，然后在研钵中充分研磨。3)、将步骤2)研磨后的固体混合物，于管式炉中700°C氩气氛围下煅烧2h，获得具有炭包覆结构的磁性吸附材料。实施例2由实施例I制备得的炭包覆磁性吸附材料吸附污水中铅离子和铜离子实验I)、称取3. 197g硝酸铅Pb (NO3)2固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Pb2+标准溶液称取7. 6039g三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Cu2+标准溶液。 2)、移取步骤I制得的标准溶液分别稀释成20. Omg -Γ1的模拟污水各500mL以备用3)、吸附污水中铅离子和铜离子实验，实验在室温条件下进行，不需要调节污水的PH值，投加由实施例I制备得磁性吸附材料的浓度为O. Sg · L—1，将吸附剂均匀分散到污水中之后开始计时，整个吸附过程保持稳定机械搅拌，在不同的吸附时间段下进行取样，所取样液经过滤后得上清滤液，滤液用原子吸收光谱进行分析。将分析结果绘制成吸附曲线图。实施例3炭包覆磁性吸附材料的制备制备步骤依次如下I)、将5. Og柠檬酸和I. Og硝酸镍加入到80mL体积比为1:3的乙醇水溶液中，在磁力搅拌下形成均相溶液；2)、将步骤I)得到的均相溶液加热至105°C使其烘干得固体混合物，然后在研钵中充分研磨。3)、将步骤2)研磨后的固体混合物，于管式炉中600°C氩气氛围下煅烧2h，获得具有炭包覆结构的磁性吸附材料。实施例4由实施例3制备得的炭包覆磁性吸附材料吸附污水中铅离子和铜离子实验I)、称取3. 197g硝酸铅Pb (NO3)2固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Pb2+标准溶液称取7. 6039g三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Cu2+标准溶液。2)、移取步骤I制得的标准溶液分别稀释成40. Omg -Γ1的模拟污水各500mL以备用3)、吸附污水中铅离子和铜离子实验，实验在室温条件下进行，不需要调节污水的PH值，投加由实施例7制备得磁性吸附材料的浓度为O. 8g · L—1，将吸附剂均匀分散到污水中之后开始计时，整个吸附过程保持稳定机械搅拌，在不同的吸附时间段下进行取样，所取样液经过滤后得上清滤液，滤液用原子吸收光谱进行分析。将分析结果绘制成吸附曲线图。实施例5炭包覆磁性吸附材料的制备
制备步骤依次如下I)、将7. 5g草酸和I. Og硝酸镍加入到IOOmL体积比为1:4的乙醇水溶液中，在磁力搅拌下形成均相溶液；2)、将步骤I)得到的均相溶液加热至110°C使其烘干得固体混合物，然后在研钵中充分研磨。3)、将步骤2)研磨后的固体混合物，于管式炉中650°C氩气氛围下煅烧3h，获得具有炭包覆结构的磁性吸附材料。实施例6
由实施例5制备得的炭包覆磁性吸附材料吸附污水中铅离子和铜离子实验I)、称取3. 197g硝酸铅Pb (NO3)2固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Pb2+标准溶液称取7. 6039g三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Cu2+标准溶液。2)、移取步骤I制得的标准溶液分别稀释成50. Omg -Γ1的模拟污水各500mL以备用3)、吸附污水中铅离子和铜离子实验，实验在室温条件下进行，不需要调节污水的PH值，投加由实施例5制备得磁性吸附材料的浓度为I. Og · L—1，将吸附剂均匀分散到污水中之后开始计时，整个吸附过程保持稳定机械搅拌，在不同的吸附时间段下进行取样，所取样液经过滤后得上清滤液，滤液用原子吸收光谱进行分析。将分析结果绘制成吸附曲线图。实施例7炭包覆磁性吸附材料的制备制备步骤依次如下I)、将10. Og尿素和I. Og硝酸镍加入到IOOmL体积比为1:5的乙醇水溶液中，在磁力搅拌下形成均相溶液；2)、将步骤I)得到的均相溶液加热至110°C使其烘干得固体混合物，然后在研钵中充分研磨。3)、将步骤2)研磨后的固体混合物，于管式炉中800°C氩气氛围下煅烧4h，获得具有炭包覆结构的磁性吸附材料。实施例8由实施例7制备得的炭包覆磁性吸附材料吸附污水中铅离子和铜离子实验I)、称取3. 197g硝酸铅Pb (NO3)2固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Pb2+标准溶液称取7. 6039g三水合硝酸铜Cu(NO3)2 · 3H20固体用蒸馏水溶解于IOOOmL的容量瓶中，配制成浓度为2g · Γ1的Cu2+标准溶液。2)、移取步骤I制得的标准溶液分别稀释成40. Omg -Γ1的模拟污水各500mL以备用3)、吸附污水中铅离子和铜离子实验，实验在室温条件下进行，不需要调节污水的PH值，投加由实施例7制备得磁性吸附材料的浓度为I. Og · L—1，将吸附剂均匀分散到污水中之后开始计时，整个吸附过程保持稳定机械搅拌，在不同的吸附时间段下进行取样，所取样液经过滤后得上清滤液，滤液用原子吸收光谱进行分析。将分析结果绘制成吸附曲 线图。
权利要求
1.一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行操作 1)、将硝酸镍和碳源按质量比1:3 10称量，加入到体积比为I: f 5的乙醇水溶液中，在室温下搅拌形成均相溶液； 2)、将步骤I)得到的均相溶液置于8(T12(TC的烘箱中进行干燥，干燥后经研磨得到固体混合物； 3)、将步骤2)得到的固体混合物置于管式炉中，在惰性气体氛围下于550-850°C煅烧2 10h，得到炭包覆磁性吸附材料。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、草酸、壳聚糖或尿素中的一种或数种。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的惰性气体氛围由氩气或氮气或氮一気混合气体构成。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的优选煅烧温度为60(T80(TC。
5.一种炭包覆磁性吸附材料的用途，其特征在于在污染重金属离子的治理中，作为分离、回收重金属离子的吸附剂。
全文摘要
本发明公开了一种炭包覆磁性吸附材料的制备方法，以柠檬酸等碳源和硝酸镍为原料，在室温下将硝酸镍和碳源按1:3~10的质量比溶入体积比为1:1~5的乙醇水溶液中，均匀搅拌混合溶液，蒸发溶剂获得固体混合物，研磨混合物并使其在惰性气体环境下煅烧炭化，得到具有炭包覆结构的磁性吸附材料。本方法制备的磁性吸附材料具有炭包覆结构，颗粒尺寸分布均匀，比表面积较大，在较短的时间内能够快速吸附污水中的污染重金属离子。同时该吸附材料具有磁性，因而在外部磁场的作用下便能够实现快速分离和回收，而不产生二次污染。本方法操作简单安全，成本低，无环境污染，符合实际生产需要。
文档编号C02F1/62GK102784624SQ20121025408
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者张蕊, 彭芳芳, 肖正辉 申请人:合肥工业大学