[发明专利]一种源于花生壳改性活性炭的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和污染物处理领域，涉及一种源于花生壳改性活性炭的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业的迅速发展及印染废水的不合理排放，我国水体环境中印染废水的污染越来越严重，引起了人们的广泛关注。印染废水具生物毒性、持久性和易积累等特点，影响水体中动植物的生长和繁殖，破坏生态环境，危害人类的身体健康。目前，处理印染废水的主要技术包括：化学沉淀、离子交换、膜分离和吸附等。其中，由于吸附法具有操作简单、材料廉价和应用范围广等优点，其已经广泛应用于印染废水处理中。

活性炭具有丰富的孔隙结构，巨大的比表面积和多种官能团，使其具有高效的吸附作用，因此，它作为吸附剂在工业领域有着广泛的应用。传统活性炭制备的原料主要是木材和煤炭，但是由于煤炭资源的紧缺以及人们环保意识的增强，寻求廉价且丰富的可再生原材料是目前活性炭制备领域亟需解决的问题。近年来，以椰壳、核桃、玉米芯、秸秆等产量大且易得的农林废弃物为原料制备的活性炭成为活性炭原料开发方面的热点。花生是我国重要的油料作物，花生壳作为一种农业废弃物，没有任何工业利用价值，如果不及时进行处理，还会造成一定的环境污染。然而，花生壳材料具有很低的灰分含量、小的表观密度以及高的孔隙率等，这些性质使得花生壳是一种理想的活性炭原料。因此，利用花生壳制备活性炭不仅可以降低活性炭的生产成本，还能有效的解决花生壳带来的环境污染问题。

活性炭作为一种优质的吸附剂，它的吸附能力主要来源于它表面的化学官能团和多孔结构。为了进一步提高活性炭对目标物的吸附性能，研究人员致力于开发和改进活性炭的活化和改性方法。近年来，活性炭研究重点集中在活性炭表面改性上，它主要分为酸处理、碱处理、微波处理和臭氧处理等。研究表明，通过对活性炭的表面改性处理，可以提高对废水中污染物的吸附去除效果。本专利以花生壳为原料并用硝酸氧化改性的活性炭为吸附剂用于吸附水中的有机染料与重金属离子，不仅解决了花生壳处置问题，还有效的提高了活性炭对印染废水的吸附性能。

发明内容

本发明的目的是以花生壳为原料，利用化学活化法制备活性炭材料，并用浓硝酸在高温下进行改性，再应用于有机染料和重金属离子的吸附实验研究。该吸附剂相比于传统活性炭具有制备原料来源广泛、价格低廉、可再生等优点，且对目标物的去除率高，吸附容量大。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种源于花生壳改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将花生壳水洗，烘干后，再利用粉碎机粉碎后过筛，制成花生壳粉末；

步骤2、将步骤1得到的材料加入到活化剂溶液中搅拌，水浴加热，并进行真空干燥，研磨处理，得到花生壳活性原料；

步骤3、将步骤2得到的花生壳活性原料在管式炉中氮气保护下高温煅烧，进行高温活化反应，冷却至室温后，再洗涤，干燥；

步骤4、将步骤3得到的材料加入到盐酸溶液中，得到混合液A，将混合液A加热回流搅拌，冷却后洗涤至中性并干燥；

步骤5、将步骤4中得到的材料加入到硝酸溶液中，得到混合液B，将混合液B加热回流搅拌，冷却，经洗涤和真空干燥后，得到改性后的花生壳活性炭。

步骤1中，花生壳烘干的温度为100～120℃，时间为12～24h，粉碎后所过筛为40～60目。

步骤2中，所用的活化剂为磷酸、氢氧化钾或氯化锌中的任一种。花生壳与活化剂的质量比为1:1～4，活化剂的水溶液的浓度为5％～20％，水浴加热的温度为50～70℃，加热时间为1～3h；真空干燥的温度为100～120℃，时间为12～24h。

步骤3中，管式炉中氮气流速为50mL/min，加热的温度为400～800℃，加热持续的时间为30～120min，升温速率为3℃/min。

步骤4中，混合液A中盐酸的浓度为2～5mol/L，加热温度为60～80℃，加热的时间为2～4h，样品与盐酸的质量比为1:2～10。

步骤5中，混合液B中硝酸的浓度为5～10mol/L，加热温度为80～100℃，加热的时间为12～24h，样品与硝酸的质量比为1:5～60。

上述花生壳改性活性炭应用于吸附水溶液中有机染料或重金属离子的方法，按照下述步骤进行：

静态吸附实验：