[发明专利]一种能吸附水溶液中铬离子的碳材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种能吸附水溶液中铬离子的炭材料及其制备方法。

背景技术

近年来，国内有关食用菌中重金属超标的报到已屡见不鲜，主要集中于铅、镉、汞、砷等。对四川地区食用菌中重金属污染调查报告结果表明：52份食用菌总合格率仅为7.69%，部分食用菌中Cr、Cd和Hg含量超标，其中Cr元素超标最为严重。

大致有两大原因，一是以空气、水、覆土材料为主的环境因素，其二是食用菌自身的富集重金属能力的内部因素。一些种类的蘑菇能产生一些特别的蛋白质，与这些重金属离子结合，起到为自己解毒的作用。但这种“解毒”只对蘑菇有意义，对人体没有意义。从科学结论上说，一些蘑菇具有富集重金属的能力。利用富集铬的蘑菇制备出的碳材料可以通过“印迹法”实现对铬离子的有效吸附。

含铬废水主要来自电镀生产工艺，是造成环境污染的一个重要来源。对于含铬废水的治理，本领域常见的方法有铁氧体法、亚硫酸盐还原法、离子树脂交换法和电解法。但是这些方法都需要购买化学试剂或是价格昂贵的离子树脂，成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种新的生物吸附剂的制备方法及其应用，具体涉及能净化含铬废水的碳材料及其制备方法，采用蘑菇碳进行污水的净化，该碳材料对水中含有的铬离子的吸附速度快，吸附效率高，具有很好的环境效益和经济效益。

本发明采用如下技术方案，一种能吸附铬离子的碳材料及其制备方法，包括如下步骤：

（1）将蘑菇洗净，除去表面杂质，烘干；

（2）将烘干后的蘑菇粉碎，在氩气保护下于300-400℃下加热恒温0.5-2小时，降温至室温后取出，得到预碳化产物；

（3）在预碳化产物中按照质量比（1-3）:1加入氢氧化钾，研磨均匀后取出；

（4）将步骤（3）的产物在氩气保护下在700-900℃下恒温0.5-2小时，降温至室温后取出；

（5）将步骤（4）得到的产物用稀酸浸泡，搅拌3-6小时；

（6）将酸洗后的样品抽滤，并用去离子水冲洗至中性，得到所述碳材料。

在本发明的优选的实施方案中，所述的蘑菇选自香菇、金针菇、平菇、杏鲍菇；优选为平菇。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（2）的预碳化温度优选为400℃。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（3）中预碳化产物与氢氧化钾的质量比优选为1:1。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（5）中采用10%的稀盐酸浸泡。

在本发明的优选的实施方案中，所述的碳材料的比表面积大于2000 m²/g。

本发明还保护上述碳材料在净化含铬废水过程中的应用。

在本发明的优选的实施方案中，所述的六价铬的初始浓度为600 mg/L，pH值为2，吸附时间不大于20min。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）平菇碳材料中碳元素和氧元素含量均很高，价格也相对便宜，制备出具有发达孔结构的多孔碳材料，其比表面积可以达到将近2000 m²/g，非常适合作为吸附剂材料使用。

（2）针对碳材料的制备过程进行长期的研究后所确定的如上技术方案制备得到的碳材料对含六价铬的水进行吸附净化时表现出了优异的超出预期的性能，且在pH为2的情况下对六价铬吸附能力最强，铬离子的移除率接近100%，并且能够在20 min接近达到吸附平衡，吸附平衡速度具有很高的优势。使用不同浓度的吸附剂时的吸附量，可以得到样品的等温吸附曲线，可知样品更适合非均一的吸附表面，不仅仅局限于单分子层吸附，也可以描述为多分子层吸附。在六价铬的初始浓度为600 mg/L下，吸附量超过365mg/g，具有很好的环境效益和经济效益。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非限于这些例子。

本发明所使用的材料包括:蘑菇，采购于北京天丰利批发市场及中科院植物研究所；重铬酸钾（分析纯），国药集团化学试剂有限公司生产；盐酸，北京试剂厂生产；氢氧化钠，北京通广精细化工公司生产；氢氧化钾，北京试剂厂生产。

实施例1：

（1）将平菇洗净，除去表面杂质后放入烘箱内在100℃环境下烘干。

（2）将烘干后的蘑菇粉碎，然后置于坩埚中放入管式炉并加热。由程序控制由室温升温至300℃，氩气保护下恒温1小时，降温至室温后取出，标记此时样品为预碳化碳。