[发明专利]高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法

说明书

本发明公开一种高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法，适用于含Cr(VI)污水处理。首先混合原料和过硫酸盐，然后将原料和过硫酸盐混合物加入纯水充分搅拌混合，之后对混合后的物料进行水热炭化反应，反应结束后自然冷却至室温，对冷却的物料进行抽滤，并利用超纯水去除物料中的硫酸根离子，最后将去除硫酸根离子的物料烘干碾磨得到高性能除Cr(VI)煤基功能材料；使用时将高性能除Cr(VI)煤基功能材料投入含Cr(VI)污水搅拌即可。其原料价廉易得，反应条件简单、适应范围广、反应速度快。

技术领域

本发明涉及一种除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法，尤其适用于含Cr(VI)污水处理的一种高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法。

背景技术

近年来，随着工业的快速发展，工业废水带来的重金属污染问题日益严峻。电镀，金属加工，纺织品加工，皮革加工等，导致大量含Cr(VI)废水应运而生，Cr(VI)在水体中具有相当高的难降解性、高毒性和高致癌性，在水体中积累到一定的限度就会对水生动植物产生长时间、不可逆转的损害，并可通过食物链进入人体影响人的健康，因此水中Cr(VI)的去除成为人们关注的热点。

KOH活化产生的玉米秸秆生物炭具有较大的比表面积和较多的微孔结构，玉米秸秆生物炭主要通过化学吸附包括离子交换、静电作用、络合作用以及还原作用，实现有效的Cr(VI)结合，含氧基团孤对电子与Cr(VI)相互作用会形成复合化合物。但玉米秸秆生物炭高温热解存在能量消耗高、反应条件复杂，成本较高等缺点；腐殖酸和Cr(VI)配位点为腐殖酸分子中的羰基、羧基和碳氧键等基团，C＝O和Cr(VI)间发生了螯合作用。吸附Cr(VI)之后苯环间的共轭效应增强。褐煤结构中的还原性组分-CH₃、-CH₂、C-O和Ar-OH在反应过程中提供大量电子，参与了将Cr(VI)还原成Cr(III)的过程，同时自身被氧化成C＝O和O-C＝O等基团。但是由于褐煤本身的结构特点，使其对Cr(VI)的吸附能力有限，为提升其对Cr(VI)的吸附性能，大量添加硝酸或浓硫酸，通过硝化或磺化进行褐煤改性处理，并且褐煤及腐殖酸除Cr(VI)反应条件较为苛刻，溶液中要有足够的H⁺，即需要强酸环境，极大的限制了反应的应用范围。

焦粉作为低附加值的焦化企业炼焦过程产生的副产物，利用率极低，大量的露天堆积产生严重的污染，严重影响周边居民的生活质量。然而，另一方面焦粉因其固定碳含量高，常被用作活性碳的原料。此外，因其发达的孔隙结构和特殊的表面性质常被用作有机污染物的吸附剂。因此，利用低成本的焦粉作为污染控制材料不仅可以改善焦化厂区与周围居民的工作环境，还可以“变废为宝”用于环境高效修复，实现资源化再利用。

发明内容

针对上述技术问题，提供一种高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法，该方法所用原料价廉易得，反应条件简单、适应范围广、反应速度快。

为实现上述技术目的，本发明的一种高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法，首先混合原料和过硫酸盐，然后将原料和过硫酸盐混合物加入纯水充分搅拌混合，之后对混合后的物料进行水热炭化反应，反应结束后自然冷却至室温，对冷却的物料进行抽真空过滤，抽真空结束后利用超纯水去除物料中的硫酸根离子，最后将去除硫酸根离子的物料烘干碾磨得到煤基功能材料。

进一步，具体步骤如下：

S1首先按过硫酸盐和焦粉的重量比例为2～8mmol/g进行混合，然后按照每14mL超纯水添加1g混合物料的比例将混合物料加入超纯水充分搅拌混合；

S2将充分搅拌混合后的超纯水混合物料置于水热釜并密封进行水热炭化反应，过硫酸盐水热炭化反应增加了焦粉表面的持久性自由基及含氧官能团的含量，同时过硫酸盐水热处理降低焦粉灰分并疏通孔隙，从而提高了焦粉对Cr(VI)的还原以及Cr(VI)和Cr(III)的吸附效果；

S3水热反应结束后，待水热釜反应器冷却至室温；