[发明专利]一种普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂及其制备方法和应用，所述的普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂以生物质基分级多孔炭为载体，利用分级多孔炭表面的杂原子可以锚定Fe³⁺，同时通过草酸抑制氯化铁中Fe³⁺的释放，进而控制普鲁士蓝的形核及生长速度，最终在分级多孔炭表面原位生长普鲁士蓝微晶，制备得到纳米级、高分散的普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂。本发明所提供的方法制备工艺简单，原料绿色环保，合成的吸附剂具有微孔‑中孔‑大孔的分级孔结构，比表面积高，普鲁士蓝颗粒分散均匀，可高效、快速吸附水中铯离子。

技术领域

本发明属于吸附剂材料领域，具体涉及一种普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂及其制备方法和应用，用于吸附废水中放射性元素铯。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增加，各国核电事业飞速发展，但核电站会产生大量放射性废料，排放在周围的土壤环境中，进而污染生态环境以及危害人类健康。2011年福岛核电站泄露事故导致大量放射性元素流入到周边的水体土壤中，对环境、人体、食品都造成了严重的影响。在众多放射性元素中，137铯由于其长达30年的半衰期，高溶解性，高挥发性及高活性的特点，引起人们重点关注。

目前，对于放射性铯离子的吸附材料主要包括有机材料（例如纤维素、壳聚糖等）和无机材料（例如沸石、黏土、硅藻土、活性炭等）两大类，然而以上吸附剂普遍存在难以合成、成本昂贵、对铯离子的吸附性能以及选择性差等缺点。2011年福岛核电站事故发生后，普鲁士蓝开始应用于铯离子的吸附处理。普鲁士蓝由于其制备简单、价格经济、选择性高，吸附性能好，作为铯离子吸附剂成为目前研究人员的重点研究方向。然而，普鲁士蓝通常以微晶体形式存在，在大多数溶剂中溶解性差，且普鲁士蓝制备过程中反应速率快，难以形成高分散的颗粒，这限制了普鲁士蓝对铯离子的吸附应用。针对这些问题，以普鲁士蓝为活性物质的复合吸附剂逐渐受到重视。采用大比表面积、孔结构发达的骨架结构材料，在表面负载普鲁士蓝，显著提高了普鲁士蓝的分散性，有利于提高普鲁士蓝对铯离子的吸附能力。

发明内容

为了解决现有技术中普鲁士蓝化合物吸附剂所存在的上述问题，本发明提供一种普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂及其制备方法和应用，旨在提高普鲁士蓝基吸附剂的吸附性能。将生物质基分级多孔炭用于负载普鲁士蓝化合物，分级多孔炭超高的比表面积、分级孔结构以及表面丰富的杂原子，可大幅提高普鲁士蓝的负载量和分散性，增强普鲁士蓝-炭载体相互作用，有利于提高吸附容量、吸附速率和循环稳定性。

本发明采用如下技术方案：一种普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂，普鲁士蓝在分级多孔炭表面分散均匀，呈现立方体形貌，粒径为30-80 nm。

在本发明的优选的实施方式中，所述的普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂具有分级多孔结构，其中微孔占比为40%-50%，介孔和大孔占比为50%-60%，比表面积为1000-2000m² g^-1，孔体积为1-2 cm³ g^-1。

本发明还保护所述的复合吸附剂的制备方法，由牛骨基分级多孔炭作为载体，利用分级多孔炭表面丰富的杂原子锚定三价铁离子，采用草酸抑制三价铁离子的释放从而控制普鲁士蓝的形核及生长的速度，在分级多孔炭表面原位生长普鲁士蓝微晶，从而获得纳米级、高分散、大比表面积的普鲁士蓝/分级多孔炭复合吸附剂。

在本发明的优选的实施方式中，所述的制备方法为将分级多孔炭和氯化铁在酸溶液中充分分散，然后加入亚铁氰化钾溶液快速混合，使其反应一定的时间得到所述的复合吸附剂。

在本发明的优选的实施方式中，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将牛骨粉碎，放置管式炉中通入惰性气体，进行预碳化，将预碳化产物与氢氧化钾研磨均匀后放置管式炉中，在惰性气体气氛中活化，然后经酸洗抽滤、烘干后得到分级多孔炭材料；