[发明专利]一种表面官能团功能化水热炭吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于吸附剂技术领域，公开了一种可用于吸附剧毒污染物Cr(VI)的表面官能团功能化水热炭吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法以碳源为固相，以含羧基、氨基或巯基的化合物为添加剂，碳源与添加剂不直接接触，使添加剂气化，与固相进行气固反应，得到表面官能团功能化水热炭吸附剂。本发明制备方法采用一步法，过程简单，条件温和，能耗低；制备得到表面富含羧基、氨基、巯基等官能团的水热炭吸附剂，表现出对Cr(VI)明显提高的吸附性能，吸附量高达86.87mg/g，去除率达99.04％，水体残余浓度降至0.48mg/L，达到国家排放标准，因此可应用于吸附水体中剧毒污染物Cr(VI)，具有优异的吸附性能。

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，特别涉及一种可用于吸附剧毒污染物Cr(VI)的表面官能团功能化水热炭吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业的发展，工业废水的大量排放造成水资源污染日益严重，工业废水中含有多种重金属离子，对人类的生存环境构成了严重威胁。含铬废水是其中污染性和对人类危害性巨大的一类废水，由于铬在工业上应用广泛，冶金、化工、电镀、纺织等一系列行业都会产生大量含铬废水。铬在水环境中的存在的价态主要是Cr(III)和Cr(VI)，其中Cr(VI)一般以Cr₂O₄^2-、Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-三种阴离子形式存在，其毒性是Cr(III)毒性的100倍，可使血红蛋白转变成高铁蛋白，并干扰体内的氧化、还原和水解过程。在众多重金属废水的处理方法中，基于活性炭材料的吸附法由于简单高效，可再生等优点而被广泛采用。

传统活性炭主要来自煤等不可再生的化石燃料，其制备过程存在污染问题，难以回收利用。近年来，以生物质为原料的水热炭化法由于原料广泛、过程简单、经济环保、表面富含官能团等优点受到广泛关注。尤其是其表面基团可调控，从而可以通过引入特定的基团，增加重金属吸附量，然而直接水热炭化得到的炭材料存在比表面积低、孔隙结构不发达等缺陷，需要额外的热解步骤改善其孔隙结构。

在炭材料表面引入官能团可以显著提高其吸附性能。例如中国发明CN102179228A公布了一种高效去除废水中有害离子的炭质吸附材料的制备方法，以糖和氨基酸混合通过水热反应生成炭质吸附材料，对重金属离子有优良的吸附效果。中国发明CN 106824096A公布了胺基功能化炭材料的制备方法，将碳源和氮源的混合液进行水热反应后，产物依次经冷却、分离、洗涤和干燥制得所述的炭材料。但是上述方法需要消耗大量的水资源，且所得固体产物需通过离心、过滤等方法分离，过程复杂。

综上，开发制备方法简便、条件温和、对剧毒污染物Cr(VI)具有优异吸附性能的低成本炭材料具有重要的科学意义和良好的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种可用于吸附剧毒污染物Cr(VI)的表面官能团功能化水热炭吸附剂的制备方法。

本发明制备方法原料廉价、来源广泛、工艺简单、能耗低。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的表面官能团功能化水热炭吸附剂。

本发明再一目的在于提供上述表面官能团功能化水热炭吸附剂在吸附Cr(VI)中的应用，具有优异的吸附性能。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种表面官能团功能化水热炭吸附剂的制备方法，以碳源为固相，以含羧基、氨基或巯基的化合物为添加剂，碳源与添加剂不直接接触，使添加剂气化，与固相进行气固反应，得到表面官能团功能化水热炭吸附剂。

所述气固反应的条件优选为在170-190℃反应8-20h。所述气固反应的压力优选为0.5-2MPa。