一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料的制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種納米二氧化錳材料，尤其涉及一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料，屬于水處理技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]砷污染問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，尤其是蒙古，智利，中國(guó)內(nèi)地已經(jīng)臺(tái)灣等地都已經(jīng)出現(xiàn)了地區(qū)范圍的地下水砷污染。
[0003]水體中的無(wú)機(jī)砷存在形態(tài)主要為As (III)和As ( V )。As (III)較As ( V )毒性更大，更難去除，常規(guī)的吸附法對(duì)As( V )具有比較好的吸附去除效果，但常規(guī)吸附劑對(duì)As (III)的直接吸附效果差，通常需要加入氧化劑諸如雙氧水，游離氯，次氯酸等將As (III)氧化為As( V )，再通過(guò)吸附去除。這種處理方式步驟繁瑣，在實(shí)際使用中因水體條件不一樣，使用也會(huì)常常受限，同時(shí)氧化劑的使用對(duì)于環(huán)境也會(huì)造成二次污染。ε型二氧化錳有較低的氧化電勢(shì)，可以有效的氧化As(III)，碳基ε型二氧化錳具有較高的比表面，能夠同時(shí)As(V)有較好的吸附性能。
[0004]中國(guó)申請(qǐng)專利號(hào):201210075132.1公開(kāi)號(hào):CN 102616859A提供了一種δ型二氧化錳吸附去除As (III)的方法，該專利以高錳酸鉀和硫酸錳為反應(yīng)物制備δ型二氧化錳并用于三價(jià)砷的吸附處理，此方法擁有較好的吸附去除率，但是S型二氧化錳對(duì)As(III)的吸附量較低，吸附劑使用效率較低。
[0005]本發(fā)明充分利用ε型二氧化錳對(duì)As (III)的氧化能力，充分利用碳基ε型二氧化錳的高比表面，對(duì)As(III)氧化得到的As( V )有很好的吸附容量，較以前的常規(guī)吸附工藝更加簡(jiǎn)單，節(jié)省成本，而且具有更明顯的吸附去除效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料及其制備方法，該材料去除三價(jià)砷效率高，工藝簡(jiǎn)單，吸附容量大，吸附劑使用效率高。同時(shí)，該材料的合成原料易得、廉價(jià)，制備工藝簡(jiǎn)單，符合實(shí)際生產(chǎn)需要。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料的制備方法，包括以下步驟:(1):將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以5?10°C /min的升溫速率升溫至800?1100°C，并在此溫度下保溫2?5h ;
[0009](2):將碳化后的棉花研磨，加入到濃度為0.2?0.4mol/L的KMnO4S液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為'2?5mg/mL，再滴加質(zhì)量濃度為20%?40%的H2SO4溶液，所滴加的硫酸溶液與KMnO4S液的體積比為1:5?15，超聲分散0.5?lh，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；
[0010](3):將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于120?140°C攪拌反應(yīng)10?15h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水反復(fù)洗滌至中性，最后在50?70°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料，其比表面積達(dá)125m2/g以上。
[0011]本發(fā)明中所提供的碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料能夠吸附水中的三價(jià)砷，因此能夠應(yīng)用在水凈化工程中。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)所使用的反應(yīng)原材料為棉花、高錳酸鉀和硫酸，均價(jià)廉易得；同時(shí)，合成路線簡(jiǎn)單、可控，碳基ε型二氧化錳材料的產(chǎn)率較高，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。所制備的碳基ε型二氧化錳對(duì)As (III)有較好的氧化效果，對(duì)As ( V )有很好的吸附性，碳基ε型二氧化錳氧化吸附處理As (III)，吸附容量大，吸附劑使用效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中碳化后的棉花的FESEM圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中碳化后的棉花的TEM圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所制備的碳基ε型二氧化錳的XRD衍射圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中所制備的碳基ε型二氧化錳的BET圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下實(shí)施例。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例中制備碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料方法，包括以下步驟:將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以7V Mn的升溫速率升溫至800°C，并在此溫度下保溫2h。
[0020]碳化后的棉花的FESEM圖以及TEM圖如圖1和圖2所示。
[0021]將碳化后的棉花研磨，加入到50mL濃度為0.2mol/L的KMnO4S液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為lOOmg，再滴加5mL質(zhì)量濃度為30%的H2SO4溶液，超聲分散0.8h，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；
[0022]將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于120°C攪拌反應(yīng)12h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水洗滌，最后在60°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料，其比表面積達(dá) 125.580m2/go
[0023]本實(shí)施例中所制得的ε型二氧化錳高效砷吸附材料的XRD衍射圖以及BET圖如圖3和圖4所示。
[0024]本實(shí)施例中所制得的ε型二氧化錳高效砷吸附材料，處理含砷水樣的實(shí)例如下:取20ml含48(111)10??111，？?jī)?cè)的待處理水樣，按0.258/1的吸附劑用量加入碳基ε型二氧化錳，在25°C下以200rpm的轉(zhuǎn)速振蕩吸附24h，過(guò)濾取濾液測(cè)定As(III)濃度，計(jì)算碳基ε型二氧化錳的吸附容量為37.04mg/go
[0025]實(shí)施例2
[0026]本實(shí)施例中制備碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料方法，包括以下步驟:將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以5°C /min的升溫速率升溫至900°C，并在此溫度下保溫3h。
[0027]將碳化后的棉花研磨，加入到50mL濃度為0.4mol/L的KMnO4溶液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為250mg，再滴加1mL質(zhì)量濃度為20%的H2SO4溶液，超聲分散0.5h，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；
[0028]將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于140°C攪拌反應(yīng)10h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水洗滌，最后在50°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料。
[0029]取20ml含As(III)8ppm，pH6的待處理水樣，按0.25g/L的吸附劑用量加入碳基ε型二氧化錳，在25°C下以200rpm的轉(zhuǎn)速振蕩吸附24h，過(guò)濾取濾液測(cè)定As (III)濃度，計(jì)算碳基ε型二氧化錳的吸附容量為14.96mg/go
[0030]實(shí)施例3
[0031]本實(shí)施例中制備碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料方法，包括以下步驟:將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以8.50C /min的升溫速率升溫至1000°C，并在此溫度下保溫4h。
[0032]將碳化后的棉花研磨，加入到50mL濃度為0.3mol/L的KMnO4溶液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為200mg，再滴加7mL質(zhì)量濃度為30%的H2SO4溶液，超聲分散0.7h，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；
[0033]將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于130°C攪拌反應(yīng)15h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水洗滌，最后在70°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料。
[0034]取20ml含As(III)6ppm，pH6的待處理水樣，按0.25g/L的吸附劑用量加入碳基ε型二氧化錳，在25°C下以200rpm的轉(zhuǎn)速振蕩吸附24h，過(guò)濾取濾液測(cè)定As (III)濃度，計(jì)算碳基ε型二氧化錳的吸附容量為11.00mg/g。
[0035]實(shí)施例4
[0036]本實(shí)施例中制備碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料方法，包括以下步驟:將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以10°c /min的升溫速率升溫至1100°C，并在此溫度下保溫5h。
[0037]將碳化后的棉花研磨，加入到50mL濃度為0.3mol/L的KMnO4溶液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為150mg，再滴加4mL質(zhì)量濃度為40%的H2SO4溶液，超聲分散lh，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；
[0038]將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于130°C攪拌反應(yīng)13h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水洗滌，最后在60°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料。
[0039]取20ml含As(III)4ppm，pH6的待處理水樣，按0.25g/L的吸附劑用量加入碳基ε型二氧化錳，在25°C下以200rpm的轉(zhuǎn)速振蕩吸附24h，過(guò)濾取濾液測(cè)定As (III)濃度，計(jì)算碳基ε型二氧化錳的吸附容量為8.75mg/g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1):將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，以5?10°C /min的升溫速率升溫至800?1100°C，并在此溫度下保溫2?5h ; (2):將碳化后的棉花研磨，加入到濃度為0.2?0.4mol/L的KMnO4S液之中，所加入的棉花的質(zhì)量為:2?5mg/mL，再滴加質(zhì)量濃度為20%?40%的H2SO4溶液，所滴加的硫酸溶液與KMnO4S液的體積比為1:5?15，超聲分散0.5?lh，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙； (3):將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，于120?140°C攪拌反應(yīng)10?15h，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水反復(fù)洗滌至中性，最后在50?70°C下真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料，其比表面積達(dá)125m2/g以上。
2.權(quán)利要求1所述的碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料在水凈化工程中的應(yīng)用，用于吸附水中的三價(jià)砷。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料的制備方法，包括以下步驟：將棉花去籽后采用冷凍干燥的方式去除棉花的游離水，在氬氣氛圍下，將干燥后的棉花置于氣密性良好的管式爐中，升溫對(duì)棉花進(jìn)行碳化處理；將碳化后的棉花研磨，加入到KMnO4溶液之中，再滴加H2SO4溶液，超聲分散，然后充分?jǐn)嚢柚敝岭x子均勻分散吸附在棉花的表面和內(nèi)部孔隙；將分散后的溶液轉(zhuǎn)移至燒瓶中，攪拌反應(yīng)，過(guò)濾后用無(wú)水乙醇和超純水洗滌，最后真空干燥即可制得碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料，其比表面積達(dá)125m2/g以上。本發(fā)明中所提供的碳基ε型二氧化錳高效砷吸附材料能夠吸附水中的三價(jià)砷，因此能夠應(yīng)用在水凈化工程中。
【IPC分類】C02F1-58, C02F1-28, B01J20-20, B01J20-30
【公開(kāi)號(hào)】CN104525117
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410856026
【發(fā)明人】卿恩平, 田熙科, 楊祥, 楊超, 周朝昕, 王龍艷, 羅東岳
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日