[发明专利]一种高效吸附Cr(VI)的碳-氧化铝复合材料的制备方法

说明书

本发明是一种高效吸附Cr(VI)的碳‑氧化铝复合材料的制备方法。该方法是：将醇铝盐在弱酸性条件下水解得到拟薄水铝石溶胶，所得溶胶与已溶有一定量十二烷基硫酸钠的葡萄糖溶液混合均匀，并加入一定量乙醇，经水热、分离、干燥、焙烧，制得所述的碳‑氧化铝复合材料，其对浓度低于80mg/L的Cr(VI)溶液的去除率达到98.2％以上；与组成单一的碳球和介孔氧化铝相比，本方法所制备的碳‑氧化铝复合材料对毒性Cr(VI)的吸附量和吸附速率有较大提高，一定条件下其对Cr(VI)的较佳吸附量可达到119.3mg/g；该材料对初始浓度均为100mg/L的Cr(VI)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)和Ni(II)混合溶液中的Cr(VI)也表现出良好的选择吸附性能，选择性吸附量达76.5mg/g，其对初始浓度相同的单一Cr(VI)溶液的吸附量为78.58mg/g。

技术领域

本发明属于氧化铝和活性炭复合材料的制备及其在吸附重金属离子中的应用技术领域，确切地说是一种用于高效吸附有毒重金属离子Cr(VI)的碳-氧化铝复合材料的制备方法。

背景技术

水污染成为当今最严重的环境问题，地表水含有的铬酸根离子是一种常见的污染物，对人体和动植物有巨大危害，并引起人们的广泛关注。含铬酸根离子的污染物来自于各种工业活动，如油漆行业、纺织印染、皮革、金属加工以及电镀等。重金属离子的处理方法有很多，例如化学沉淀法、离子交换法、电解法、吸附法等，其中多孔固体吸附法具有操作简便和实用性强等优点，非常适用于较低浓度含铬废水的深度处理。

碳-氧化铝复合材料由无机氧化铝和有机碳构成，氧化铝和活性炭均显正电性，而且焙烧后结构稳定，能高效吸附重金属离子Cr(VI)且易于从水体中分离。CN101746793B报道了一种制备空心介孔氧化铝颗粒的方法，其方法是在酸性条件下制备显正电性的薄水铝石溶胶，室温下，该溶胶在高分子电解质的作用下聚沉并沉积在高分子电解质表面上，最终焙烧即得空心介孔氧化铝，该合成步骤较为简单，未使用任何胶体颗粒作为核模板合成出空心介孔氧化铝。CN102838162A公布了一种将二氧化钛前驱体溶于一定比例的水-有机溶剂体系中，混合物经过溶剂热处理后，固液分离得到多孔二氧化钛空心球的方法，此产品可作为重金属离子Cr(VI)的吸附剂，但吸附量仅有14mg/g。CN103551104A公开了一种吸附Cr(VI)并可循环再生的分级镁铝水滑石的制备方法，其最大吸附量达到46.5mg/g，但其对Cr(VI)的吸附去除率较低。

近来，无机物和有机物的复合材料因无机物具有孔径可调、比表面积较大、化学性质稳定、结晶性能良好以及有机碳材料韧性和机械性能优良引起人们的广泛关注。例如，Chen等人[H.Chen,J.X.Li,X.L.Wu,X.K.Wang.Synthesis of alumina-modifiedcigarette soot carbon as an adsorbent for efficient arsenateremoval.Ind.Eng.Chem.Res.,2014,53,16051–16060]通过水热法成功制备出对砷具有较好吸附性能的碳-氧化铝复合材料，烟灰作为原料廉价易得，不需要热处理就具有丰富孔道结构，但是该复合材料需要高转速的离心作用才能从水体中分离出来，由烟灰制备的吸附剂用于水处理可能会引入其他污染物，如尼古丁、烟碱、焦油、氰化物及放射性物质等致癌物质。CN105107486A公布了一种用于毒性Cr(VI)吸附的拟薄水铝石复合薄膜的制备方法，其方法是在碱性条件下沉淀无机铝盐溶液，加入成膜剂和结构调节剂，经流延成型和干燥处理后即可制得拟薄水铝石复合薄膜，该薄膜对低浓度Cr(VI)溶液具有较高去除率，而且易于从水体中分离，但较佳吸附量仅为17.8mg/g。

综上，高效吸附污水中重金属离子的吸附剂已有很多报道，但本发明采用水热碳化法制备碳-氧化铝复合材料，用结构调节剂调控形貌，使其具有较高比表面积，提高了其对重金属离子的处理能力，并且具有良好的选择吸附性能。

发明内容