[发明专利]木质素基炭材料及其制备方法和在铬吸附中的应用

说明书

本发明公开了一种木质素基炭材料及其制备方法和在铬吸附中的应用，包括磷酸活化木质素基炭材料、氢氧化钾活化木质素基炭材料或氯化锌活化木质素基炭材料。该木质素基炭材料以工业残渣玉米芯木质素为原料，分别利用磷酸、氢氧化钾、氯化锌活化制备木质素基炭材料(PA‑CL、PH‑CL、ZC‑CL)，所得木质素基炭材料对Cr(VI)的吸附效果好，去除效率高，尤其是PA‑CL的效果更佳，其对Cr的吸附量可达108.4mg/g，去除率可达54.2％；其制备方法简单，环保，活化温度低，且能使工业木质素的资源化、高值化利用。

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种木质素基炭材料及其制备方法和在铬吸附中的应用。

背景技术

化工、电镀、冶金等行业的蓬勃发展造成大量重金属进入水体，导致水体污染严重。由于重金属在自然界的不可降解性、毒性大等特点，其通过食物链的迁移积累对人类健康造成巨大危害。研究表明，重金属铬在制革、燃料、有机合成等工业中应用广泛，其中六价铬Cr(VI)具有较强毒性，根据体系环境pH值的不同存在于不同形式的离子中，如HCrO₄^-，CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-等离子。目前，去除水体中重金属Cr(VI)的方法主要有化学沉淀、离子交换、反渗透、吸附法等技术手段。在上述方法中，吸附法由于易操作、高效性以及重金属可以回收利用等特点被认为是含Cr(VI)工业废水处理领域极具前景的一种方法。

木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形芳香性高聚物，作为“填充剂”和“粘合剂”存在于植物细胞中，在阔叶木和针叶木中，含木质素分别为18％～25％和25％～35％。在造纸工业中，每年木质素的产生量约为5×10⁸t，但利用率仅有1％～2％，大量的木质素被直接烧掉或随废水排放，造成资源浪费和严重环境污染。木质素分子结构复杂，含有酚羟基(Ar—OH)、醇羟基(R—OH)、羰基(—C＝O—)、甲氧基(—OCH₃)、双键等多种官能团，对于废水中重金属去除而言，是一种良好的生物吸附材料。国内外研究人员利用不同的方法制备木质素基吸附材料并用于重金属废水的处理研究，不仅对造纸工业副产物木质素的资源化、高值化利用具有重要意义，也为水体污染治理提供了“以废治废”新思路和新方法。

研究发现，采用造纸黑液中提取的木质素对Cr(VI)进行吸附，最大吸附量仅为17.97mg/g，重金属去除效率较低。也有采用壳聚糖改性的方法对木质素进行修饰，改性木质素对Cr(VI)的去除效率较高，可达到95％。还有研究表明木质素-聚乙烯醇混合物对Cr(VI)的最大吸附量为350.7mg/g，吸附量较高，同时吸附剂再生循环利用效果好。也有人研究了硫酸盐木质素活性炭对重金属的吸附，结果表明H₃PO₄法活性炭能达到较高的比表面积和微孔体积，对Cr(VI)的吸附量可达到77.85mg/g，效果好于其他材料。目前，采用木质素改性制备高效吸附材料，应用于废水处理的研究已经成为环境治理领域的热点，但大多改性方法步骤多、耗能较高、不易操作，导致工业化难以实现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种木质素基炭材料及其制备方法和在铬吸附中的应用，该木质素基炭材料以工业残渣玉米芯木质素为原料，分别利用磷酸、氢氧化钾、氯化锌活化制备木质素基炭材料(PA-CL、PH-CL、ZC-CL)，所得木质素基炭材料对Cr(VI)的吸附效果好，去除效率高，尤其是PA-CL的效果更佳，其对Cr的吸附量可达108.4mg/g，去除率可达54.2％；其制备方法简单，环保，活化温度低，且能使工业木质素的资源化、高值化利用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种木质素基炭材料，包括磷酸活化木质素基炭材料、氢氧化钾活化木质素基炭材料或氯化锌活化木质素基炭材料。