一种锌基造孔壳炭吸附材料的制备方法与流程

本发明涉及一种锌基造孔壳炭吸附材料的制备方法，尤其是涉及对低浓度的重金属废水处理方法领域。

背景技术：

重金属在废水中难于降解，易在生物体内积累放大，对环境的破坏性极大，是一种重要的环境污染物。大量含重金属污染废水通过江河、湖泊流入海洋，在被水生动、植物及土壤吸收后，通过生态环境和食物链的方式直接或间接地影响并危害到人类的健康。如何高效地对水中的重金属离子进行去除并加以回收利用是提高资源利用效率，加大节能环保力度的保障，具有重要的理论和现实意义。

非粮生物质具有来源广泛、价格低廉、再生周期短、可生物降解和环境友好等诸多优点，是重要的生物质资源，并且在环境保护方面的应用已成为目前研究的新趋势，尤其是已成为处理重金属废水的理想选择。

锌基造孔壳炭的制备是通过浸渍的方法将氯化锌负载于核桃壳表面经炭化后而制得。与普通壳炭相比，锌基造孔壳炭具有吸附活性高、吸附容量大、易重复利用及高比表面积的特点使其对重金属离子拥有很好的吸附性能和便利性。

本发明采用如下方法制备：其特征在于以下步骤：

步骤一，首先将3-5g核桃壳洗净，并烘干，之后加入质量分数为40％的氯化锌溶液，核桃壳与氯化锌溶液的质量体积比为为1:3，吸附24h后在100℃下烘干5h；

步骤二，将步骤一中所烘干后的样品放入箱式气氛炉中，从室温升至450～500℃，升温速率为8-9℃/min，炭化历时55～65min，得到锌基造孔壳炭，待温度降至室温后将所制得的锌基造孔壳炭用蒸馏水反复冲洗，直至上清液为中性，然后将样品放入电热鼓风干燥箱里，在100℃下烘干至恒重，冷却至室温后放入干燥器中备用，既得吸附材料。

步骤(1)，m_核桃壳:V_ZnCl2＝1:3，氯化锌质量分数为40％。

该锌基造孔壳炭的比面积为192.840m²/g，对于铬离子的吸附效果能够达到98.8％。

步骤一中所述的核桃选自新疆核桃。

有益效果：

本发明的锌基造孔壳炭吸附材料的制备，其特征在于如下几点：

(1)本发明锌基造孔壳炭制备工艺简单，对实验的反应条件要求不高；成本造价低廉，引入锌基所需的试剂属于常规药品；

(2)本发明的锌基造孔壳炭吸附材料对重金属废水的处理效果更加显著，经试验验证，处理20mg/L的含Cr(VI)废水去除率达到98.8％，吸附容量得到了很大地改善；

(3)本发明的新型吸附剂再生性能好，经试验验证，它在0.1mol/L HCl溶液中解析2h，重复利用3次后，Cr(VI)的去除率达到97.5％，剩余浓度为0.50mg/L。

附图说明

图1为实施例1所制备的锌基造孔壳炭与普通壳炭对Cr(VI)的去除率图。

图2为实施例1所制备的锌基造孔壳炭再生效果图。

图3为实施例1所制备的锌基造孔壳炭吸附-脱附等温线图。

图4为实施例1所制备的锌基造孔壳炭新型吸附剂的扫描电镜图。

图5为实施例1所制备的锌基造孔壳炭新型吸附剂的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明的应用对象选取的是废水中的Cr(VI)离子，它是一种因废水中pH值的不同而存在多种形态的毒性较强的典型重金属。

实施例1：

步骤一，首先将3-5g核桃壳洗净，并烘干，之后加入质量分数为40％的氯化锌溶液，核桃壳与氯化锌溶液的质量体积比为为1:3，吸附24h后在100℃下烘干5h；

步骤二，将步骤一中所烘干后的样品放入箱式气氛炉中，从室温升至450～500℃，升温速率为8-9℃/min，炭化历时55～65min，得到锌基造孔壳炭，待温度降至室温后将所制得的锌基造孔壳炭用蒸馏水反复冲洗，直至上清液为中性，然后将样品放入电热鼓风干燥箱里，在100℃下烘干至恒重，冷却至室温后放入干燥器中备用，既得吸附材料。

步骤(1)，m_核桃壳:V_ZnCl2＝1:3，氯化锌质量分数为40％。

该锌基造孔壳炭的比面积为192.840m²/g，对于铬离子的吸附效果能够达到98.8％。

步骤一中所述的核桃选自新疆核桃。

下面通过普通壳炭、锌基造孔壳炭两种吸附剂处理同样性质的Cr(VI)废水，同时对其吸附效果进行比较。

(1)将50mL初始浓度分别为5、20、40、80、100、120、160和200mg/L的Cr(VI)废水于100mL锥形瓶中，调节水样的pH值为2.0，加入普通壳炭0.8g，置于恒温25℃的振荡器内，在200r/min下吸附180min后，去滤液测定Cr(VI)的浓度，其去除效果如图1所示。

(2)将50mL初始浓度分别为5、20、40、80、100、120、160和200mg/L的Cr(VI)废水于100mL锥形瓶中，调节水样的pH值为2.0，加入实施例1中制备的锌基造孔壳0.5g，置于恒温25℃的振荡器内，在200r/min下吸附180min后，去滤液测定Cr(VI)的浓度，其去除效果如图1所示。

(3)将实施例1制得的锌基造孔壳进行解析再生，解析剂选用0.1mol/L HCl溶液，浸泡2h后，将吸附剂洗至中性，烘干，重复对20mg/L的Cr(VI)废水进行吸附处理，其重复利用效果如图2所示。

从图1中可知，当向50mL废水中加入一定量的普通壳炭与锌基造孔壳炭，Cr(VI)的去除效果随浓度的增大而变差，对于处理浓度较低的含铬废水时其去除效果较好。因此，在实际应用中两种吸附剂的用量应根据Cr(VI)浓度的不同而适量选取。图2中，当锌基造孔壳炭重复利用3次后，Cr(VI)的出水浓度为0.50mg/L，满足工业废水中Cr(VI)的排放最低限值，当其重复利用次数达到4次时，出水浓度为0.64mg/L。可见锌基造孔壳炭的重复利用次数为3次。

由图3可知，当p/p₀≤0.01时，说明改性壳炭中含有一些狭窄的微孔；p/p₀≤0.2时，改性壳炭的吸附与脱附分支重合；相对压力介于0.2～1.0，出现了显著的吸脱附迟滞环，说明存在大量的中孔。图4中，制备的改性壳炭其表面孔结构表现为交联排列的微晶炭粒结构，孔隙结构发达并贯穿到其内部，且形成了大量的微孔。图5中，参与吸附作用的官能团主要表现为：O-H、C-O-C、C-O、C-H和N-H等。

应理解，这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，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这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。