一种吸附水体中重金属离子的碳材料及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于碳材料技术领域，特别设及一种通过多糖为碳源，聚乙締化咯烧酬为 添加剂调控碳材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 海洋是生命的摇篮，也是维持全球生态系统平衡的重要场所，近年来，随着城市化 的快速发展和人口数量的增长，海洋污染日益严重，入海流域周边的生活污水、工业废水对 我国近海造成严重污染，极大损害了近岸海域的海洋环境，破坏了生态平衡，影响沿海居民 的身体健康。我国2002年近海严重污染面积达2. 6万km2,未达到清洁海水标准海域面积 为17. 4万虹12,其中，勸海非清洁海域面积已达总面积的41. 3%，近海主要污染物质为重金 属离子和无机氮、憐酸盐等富营养化物质。其中，重金属（重金属是指密度大于5g/cm3的金 属元素，在环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的化、化、Hg、化、01、Pb等） 因其特殊的化学、地球化学性质及毒性效应，被称为环境中具有潜在危害的重要污染物，具 有高度危害性和难治理性。由于勸海只有104公里的海峡与黄海进行水交换，致使大量有 害有毒重金属离子长期积累在内海里无法扩散。
[0003] 目前，常用的处理重金属离子废水的方法有：化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、 电解法和吸附法等。化学沉淀法是向重金属离子废水中投加化学沉淀剂或还原剂使重金属 离子沉淀或还原的方法。化学沉淀法需要后续处理，需要间歇式操作，工艺复杂，不利于工 业化推广；离子交换法是利用离于交换剂的交换基团，与废水中的金属离子进行交换反应， 将金属离子置换到交换剂上予W除去的方法。离子交换法对阴离子和阳离子学要采用相应 的交换树脂，也不利于工业化操作；膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用 下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法，但膜造价昂 贵，不利于工业化应用；电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的 方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法设 备简单、占地小、操作管理方便、而且可W回收有价金属。但电耗大、出水水质差、废水处理 量小；相比其它治理方法，吸附法是利用吸附剂将废水中的重金属离子除去的方法，吸附法 具有占地面积小、合成工艺简单，操作方便、成本低、没有二次污染，吸附剂可重复使用等优 点。因此，制备亲水性功能碳球作为重金属离子吸附剂，用来处理海洋中的重金属污水保障 人们的生活健康和海洋经济的良好发展已经成为海洋经济可持续发展的有效途径。许多专 利关于通过吸附剂处理水中重金属离子的方法，例如：公开号为CN103007896A的中国专利 报道了吸附重金属阳离子的纤维素吸附剂的制备方法，即1)将纤维素破碎至粒径小于80 目后，置于15% -30%的氨氧化钢溶液中60°C浸泡化；2)加入二甲基亚讽，采用共沸精馈 的方式除去多余的水份，得纤维素溶胶；3)在氮气介质存在条件下，将溶胶依次与二咪挫 催化剂W及二元或多元胺反应；4)反应产物经甲苯回流12h、过滤、50°C真空干燥1化后， 得纤维素吸附剂。该吸附剂对重金属阳离子的吸附效果好、适用范围广、可再生利用。专利 号为CN200810246170. 2的中国专利报道了在惰性气氛或空气中，在一定溫度条件下，将娃 烧偶联剂与酸酢按摩尔比1:2-20进行环氧开环反应，将所得产物用溶剂溶解后，按硅烷偶 联剂2-10倍的摩尔比在上述溶液中加入面代烧控，在0-200°C溫度条件下进行胺化反应， 将胺化反应后的产物用水或乙醇清洗、干燥，即得到用于吸附重金属离子的吸附剂，在该吸 附剂中，酸性基团排列在分子主链的两侧，而碱性基团则始终位于分子主链上。该吸附剂对 溶液中的化 2+，化2+等重金属离子具有较强的吸附能力，可用于含有重金属离子废水的吸附 分离和净化处理。专利号为CN200810154961. 2的中国专利研究了胺基修饰的化3〇4@Si化 复合微粒处理水体中重金属离子的方法，胺基修饰的化3〇4@Si〇2复合微粒在pH= 4-8的条 件下对水中的重金属离子进行吸附去除，吸附时间为0.化-24h，溫度为288-318K。该吸附 剂表现出较强的吸附性能，且能通过磁性分离方式进行分离。专利号为CN200910220751. 3 的中国专利报道了将蟹壳用去离子水洗涂、干燥及粉碎，将所得粉末加入牡颇水解液中，利 用0.IN肥1或0.INNaOH调节水解液抑值为2-7,将溶液在溫度为10-40°C的条件下振荡 0. 5-6h，离屯、过滤取上清液。可有效降低牡颇水解液中的重金属儒、铅和铭的含量，同时也 不会影响水解液原有的风味和营养成分。专利号为CN200910088835. 6的中国专利研究了 向含重金属离子的废水中加入纳米级径基憐灰石粉，其中，径基憐灰石粉的用量为6-8g/L， 在23-27°C条件下，平衡12-48小时，静置W去除废水中的重金属离子。利用经济价值相对 低廉的径基憐灰石作为吸附剂，在〔(12\化 2\化2+离子浓度不超过6〇111旨/1的情况下，重金属 离子去除率均大于90%。综上所述，利用吸附剂吸附重金属离子是处理含重金属离子废水 的有效方法，但普遍报道制备吸附剂的方法步骤繁琐、条件苛刻且用到的有机溶剂不利于 环境保护，因此，发明一种价格低廉、制备工艺简单、反应条件溫和、吸附性能优良、无二次 污染、可回收利用、适用范围广且具有广阔工业化应用前景的吸附剂成为目前研究的热点。
[0004] 天然多糖及其衍生物具有价格低廉、资源丰富、易于取得、应用广泛的可再生资 源。由于其良好的生物相容性和生物降解性，在众多领域如食品、纺织、造纸、医药、日用化 工（表面活性剂）、胶粘剂、涂料、生物降解材料等有着极其广泛的应用。因此，利用天然多 糖及其衍生物为原料制备廉价、高效、环保的吸附剂成为本发明的首选。 阳〇化]W天然多糖及其衍生物为原料制备制备多孔碳材料用于处理废水中的重金属离 子具有重要的现实意义，同时，可望在海洋环境保护和海洋资源高效利用等领域具有潜在 的应用价值。因此，发明一种多孔碳材料的制备方法在海洋工程方面显得及其重要。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对当前技术的不足，提供一种吸附水体中重金属离子的碳 材料，该方法通过先将淀粉和聚乙締化咯烧酬（PV巧溶解在水中，然后将反应体系转移到 高压蓋中进行水热反应，再经洗涂、干燥后续处理，最后得到吸附水体中重金属离子的碳材 料，得到的产品的形态可控且所制备的碳材料呈多孔结构，从而大大的提高了吸附废水中 的重金属离子效率。 阳007]本发明的技术方案为：
[0008] 一种吸附水体中重金属离子的碳材料，该材料由W下方法制得，包括如下步骤：
[0009] (1)多糖溶液的制备：将多糖溶解于水中，70~100°C揽拌0. 5~2也配制成浓度 为1. 8~180g/L的多糖溶液；
[0010] 似将PVP加入到步骤1所制备的多糖溶液中，在室溫下揽拌4-12h，然后转移到 高压蓋中160~200°C进行水热反应8~24h，洗涂后在80°C烘箱中干燥12h，即得到多孔 碳材料；其中，PVP为多糖质量的0. 1-10%，
[0011] 所述多糖为±豆淀粉、魔芋淀粉、玉米淀粉或簇甲基纤维素。
[0012] 所述的PVP的分子量为10000或58000。
[0013] 所述的吸附水体中重金属离子的碳材料的应用，用于去除废水中重金属离子，包 括如下步骤：
[0014] 将所述的碳材料加入到含有重金属离子可溶性盐的溶液中，室溫下揽拌0. 5~2 小时，完成吸附；其中，溶液中重金属离子的浓度为0.OOOl~0. 0009 ;每毫升溶液中加入碳 材料0.OOl~0. 005邑。
[0015] 所述的重金属离子的可溶性盐为：氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、氯化儒、硝酸儒、硝酸 铅、和氯化铅中的一种或多种。
[0016] 本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
[0017] (1)本发明采用多糖为碳源具有明显的优越性。多糖具有可生物