[发明专利]一种改性活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性活性炭，螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。制备方法包括：(1)用水反复冲洗活性炭，至冲洗液的pH值稳定，烘干，得到预处理的活性炭；(2)预处理的活性炭与硅烷偶联剂混合于乙醇溶液中，超声，调节溶液pH至酸性，室温保存后再进行加热回流反应，洗涤烘干得到硅烷偶联剂处理的活性炭；(3)将螯合剂加入水中，配成螯合剂溶液，再将硅烷偶联剂处理的活性炭加入螯合剂溶液中反应，洗涤烘干得到改性活性炭。相比于传统复杂的化学键合方式接枝改性，本发明利用静电吸附作用实现螯合剂对活性炭的改性，改性方法简单；改性活性炭能够实现对废水中重金属离子(Cu²⁺和Cr⁶⁺)的高效吸附。

技术领域

本发明涉及一种改性活性炭及其制备方法，尤其涉及一种螯合剂改性的活性炭及其制备方法，以及改性活性炭在重金属离子吸附方面的应用。

背景技术

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，直接危害人体健康，并导致环境质量恶化。重金属离子通过食物链进入人体，和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。

活性炭具有较大的比表面积和发达的多孔结构，因其吸附性强、稳定性好、可再生、原材料来源范围广等特点，已被广泛应用于环境保护中，且需求量呈逐年增加趋势。活性炭主要通过物理吸附、化学吸附等过程进行吸附。活性炭吸附性能与活性炭的原材料、灰分含量、比表面积大小、表面官能团种类和数量等有关。因重金属污染的日益严重，如何利用活性炭实现对重金属离子的高效吸附备受关注。然而，由于活性炭表面的功能基团含量较低，对无机成分的亲和力明显小于有机成分，其对重金属离子吸附的效果并不理想。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种吸附效果好的螯合剂改性的活性炭。本发明的另一目的是提供该改性活性炭的制备方法。本发明还有一个目的是提供该改性活性炭在重金属离子吸附方面的应用。

技术方案：本发明所述的改性活性炭，将螯合剂通过硅烷偶联剂作用连接于活性炭的表面和孔隙中。

本发明所述的制备上述改性活性炭的方法，包括以下步骤，

(1)用水反复冲洗活性炭，至冲洗液的pH值稳定，将活性炭烘干，得到预处理的活性炭；

(2)预处理的活性炭与硅烷偶联剂混合于乙醇溶液中，超声，调节溶液pH至酸性，室温保存后再进行加热回流反应，洗涤烘干得到硅烷偶联剂处理的活性炭；

(3)将螯合剂加入水中，配成螯合剂溶液，再将硅烷偶联剂处理的活性炭加入螯合剂溶液中反应，洗涤烘干得到改性活性炭。

其中，所述步骤(1)中的烘干温度为60～105℃，烘干时间为8～12h。

所述步骤(2)中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；预处理的活性炭与硅烷偶联剂的固液比为10:1～1:1，所述预处理的活性炭与乙醇溶液的固液比为1:5～1:10；超声时间为10～30min，用浓盐酸调节pH至3～4，室温保存1～2h后于40～100℃下回流2～10h，烘干温度为60～120℃，烘干时间为8～12h。

所述步骤(3)中螯合剂为羧酸类螯合剂，选自二乙烯三胺五乙酸五钠或乙二胺四乙酸二钠；所述步骤(3)中螯合剂溶液的浓度为0.05～0.20mol/L，所述硅烷偶联剂处理的活性炭与螯合剂溶液的固液比为1:10～1:20；反应时间为12～24h，烘干温度为60～80℃，烘干时间为8～12h。

将上述改性活性炭应用于重金属离子的吸附。