一種多孔柔性吸附劑的制備方法及其用圖
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種多孔柔性吸附劑的制備方法及其用途，包括如下步驟：步驟1、棉質(zhì)廢舊布料的碳化：取棉質(zhì)廢舊布料，用瓷舟盛裝，放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行煅燒，煅燒完畢后，得到碳化后的布料；步驟2、活化：將步驟1得到的碳化后的布料與KOH混合后，加入去離子水，混合均勻，得到混合液，將混合液置于烘箱中烘干；將烘干后的產(chǎn)物置于管式爐中煅燒活化，得到活化的產(chǎn)物；將得到的活化的產(chǎn)物用去離子水洗至中性，烘干，得到最終產(chǎn)物多孔柔性吸附劑。利用棉質(zhì)廢舊布料作為原材料得到的活化后的布料微觀結(jié)構(gòu)疏松，能有效吸收溶液中的磺胺二甲基嘧啶。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種多孔柔性吸附劑的制備方法及其用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種多孔柔性吸附劑的制備方法及其用途，屬環(huán)境功能材料制備技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著集約化畜牧業(yè)以及配合飼料工業(yè)的發(fā)展，抗生素被越來(lái)越多的添加 在動(dòng)物飼料中，以預(yù)防動(dòng)物疾病和促進(jìn)其生長(zhǎng)?？股厥鞘澜缟嫌昧孔畲?、使用最廣泛的藥 物之一。長(zhǎng)期以來(lái)，抗生素被大量地用于人和動(dòng)物的疾病治療，目前全球許多地區(qū)都檢測(cè)出 抗生素的存在，其中抗生素的種類(lèi)也呈現(xiàn)越來(lái)越多的趨勢(shì)。飼用抗生素作為飼料添加劑受 到了廣泛質(zhì)疑，主要表現(xiàn)在:在食用動(dòng)物組織中的殘留從而對(duì)人類(lèi)健康潛在的威脅;詞用抗 生素的使用也增強(qiáng)了人體病原菌的抗藥性，從而對(duì)人體的免疫力產(chǎn)生負(fù)面影響；另外藥用 抗生素的使用也存在著濫用以及增強(qiáng)人體菌的抗性的問(wèn)題。將其直接大量排入水中會(huì)造成 水體中生物大量死亡，破壞水體的生態(tài)平衡?？股氐沫h(huán)境污染及其生態(tài)毒理效應(yīng)已成為 我國(guó)乃至全球所面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。
[0003] 吸附法是指利用吸附劑如活性炭、桂聚物、高嶺土、工業(yè)爐蜜等對(duì)廢水中污染物的 吸附作用而去除污染物，有效降低污染物濃度的方法。通過(guò)利用吸附劑特有的官能團(tuán)、表面 靜電荷、表面鍵能、表面特定孔徑等與待分離離子形成配位化合物、離子締合物或采用物理 吸附來(lái)分離富集吸附質(zhì)，從而達(dá)到吸附分離的目的。吸附劑一般都是多孔性固體物質(zhì)，如活 性炭、污泥、桂藻土、竹炭、爐澄等，不同的吸附劑能夠吸附不同特性的吸附質(zhì)。其中活性炭 由于其具有高比表面積，物理/化學(xué)穩(wěn)定性，材料易得，吸附效率高的優(yōu)點(diǎn)。常被用作吸附劑 用于環(huán)境中污染物的吸附分離。
[0004] 制備活性炭的方法主要有物理活化法和化學(xué)活化法。物理活化法物理活化法一般 分兩步進(jìn)行，先將原料在500°C左右炭化，再用水蒸汽或C0 2等氣體在高溫下進(jìn)行活化。高溫 下，水蒸汽及二氧化碳都是溫和的氧化劑，碳材料內(nèi)部C原子與活化劑結(jié)合并以C0+H 2或C0 的形式逸出，形成孔隙結(jié)構(gòu)。物理活化法所需的活化溫度一般較化學(xué)活化法高，而且活化所 需的時(shí)間也更長(zhǎng)，因此耗能比較大，成本高。多孔結(jié)構(gòu)的生成與發(fā)展是由于水蒸汽及生成的 二氧化碳?xì)怏w等進(jìn)入到碳結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)將不穩(wěn)定的碳原子以C0或C0 2的形 式脫去，從而留下發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)活化法是通過(guò)將化學(xué)試劑嵌入炭顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，經(jīng) 歷一系列的交聯(lián)縮聚反應(yīng)形成微孔。化學(xué)活化可一步進(jìn)行，即直接升溫到700°C左右進(jìn)行活 化。在活化前，先將活化劑水溶液與原料以一定比例浸漬一段時(shí)間，烘干后再放入惰性氣氛 中升溫進(jìn)行活化?；罨瘎┡c原料的浸漬比是影響活性炭性能的一個(gè)重要因素，因此可以通 過(guò)控制浸漬比以及不同的活化溫度來(lái)制備所需的活性炭?；瘜W(xué)活化法制得的活性炭產(chǎn)率 高，而且其孔隙結(jié)構(gòu)比物理活化法更加發(fā)達(dá)。
[0005] 但是傳統(tǒng)方法制備的活性炭多為粉末狀和顆粒狀，吸附污染物過(guò)后不容易與溶劑 分離，特別是粉末狀活性炭給后期分離工作帶來(lái)很大難度。本實(shí)驗(yàn)采用廢舊布料作為原材 料，結(jié)合這兩種合成方法先對(duì)原材料進(jìn)行500 °C下碳化處理，再與K0H按一定比例在850 °C下 活化處理，得到最終產(chǎn)物。合成的多孔柔性活性炭吸附劑，既保持了布料原來(lái)具有的纖維布 狀的宏觀結(jié)構(gòu)，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溶液中的磺胺二甲基嘧啶(SMZ)較高的吸附量，而且吸附完成 后易于與溶劑分離。并且由于是采用廢舊布料為原料，材料來(lái)源廣泛，大大節(jié)省了合成成本 且符合環(huán)境友好型的理念。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種以廢棄布料為原材料可控制備易分離吸附劑的方法，用 該方法制備的多孔柔性吸附劑(HBL)能有效吸附水溶液中的SMZ溶液，并且吸附完成后吸附 劑很容易從溶劑中提取出來(lái)。解決了吸附完成后難分離的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的可控制備方法，先對(duì)廢舊布料做碳化處理，K0H作為活化劑，碳化過(guò)后的 布料與K0H按照一定比例混合，850°C下做活化處理。使得活化后的材料產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)但不 改變其宏觀形態(tài)。采用紫外可見(jiàn)光譜(UV)、紅外光譜(FTIR)、光電子能譜(XPS)、掃描電鏡 (SEM)，等多種手段，對(duì)制得的吸附劑材料的表面形貌，結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了深入表征。系統(tǒng)研究 了吸附材料對(duì)目標(biāo)物磺胺二甲基嘧啶的吸附能力。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種多孔柔性吸附劑的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟1、棉質(zhì)廢舊布料的碳化
[0011] 取棉質(zhì)廢舊布料，用瓷舟盛裝，放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行煅燒，煅燒 完畢后，得到碳化后的布料TBL;
[0012] 步驟2、活化
[0013]將步驟1得到的碳化后的布料與K0H混合后，加入去離子水，混合均勻，得到混合 液，將混合液置于烘箱中烘干;將烘干后的產(chǎn)物置于管式爐中煅燒活化，得到活化的產(chǎn)物； 將得到的活化的產(chǎn)物用去離子水洗至中性，烘干，得到最終產(chǎn)物多孔柔性吸附劑HBL。
[0014]步驟1中，所使用的棉質(zhì)廢舊布料的質(zhì)量為5~10g。
[0015]步驟1中，所述的惰性氣體為氮?dú)狻?br>[0016] 步驟1中，所述的煅燒方法為：以3.0~10°C/min的升溫速率升溫至500°C，并在500 。(:維持2h。
[0017]步驟2中，配置所述混合液時(shí)，所使用的碳化后的布料、K0H與去離子水的質(zhì)量比為 1:3~4:10〇
[0018]步驟2中，所述的烘干溫度均為60°C。
[0019] 步驟2中，所述煅燒活化的方法為：以升溫速率3.0~10°C/min升溫至850°C，并在 850°C維持1~2h。
[0020] 所述的多孔柔性吸附劑用于吸附磺胺二甲基嘧啶。
[0021] 有益效果：
[0022]利用棉質(zhì)廢舊布料作為原材料，經(jīng)過(guò)碳化，再經(jīng)K0H活化后的布料，活化后的布料 微觀結(jié)構(gòu)變得更加疏松，能有效吸收溶液中的SMZ。吸附劑的宏觀形態(tài)仍呈布狀，易于與溶 劑分離;原材料成本低，操作過(guò)程簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1中的(a)和(b)均為實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑的掃描電鏡圖；
[0024] 圖2是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑對(duì)水環(huán)境中四環(huán)素的吸附等溫線(xiàn)圖；
[0025] 圖3是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑對(duì)水溶液中四環(huán)素的吸附動(dòng)力學(xué)圖；
[0026] 圖4是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑的再生性能測(cè)試。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0028] 實(shí)施例1
[0029] (1)棉質(zhì)布料的碳化
[0030]取5g廢舊布料，裝入瓷舟，放入管式爐中，在氮?dú)猸h(huán)境下以3.0°C/min的升溫速率 升溫至500°C，維持時(shí)間2h，維持溫度500°C。得到碳化后的布料TBL-1。
[0031] (2)活化
[0032] 取lg碳化得到的TBL、3g K0H置于燒杯中，加入10mL去離子水溶解。將碳化后的產(chǎn) 物與K0H溶液充分混合，60 °C下烘干。把烘干后的產(chǎn)物放入鎳?yán)徶杏霉苁綘t活化，升溫速率3 °C/min，活化溫度850°C，維持時(shí)間lh，維持溫度850°C。將活化得到的產(chǎn)物用去離子水洗至 中性，置于烘箱60 °C下烘干，得到最終產(chǎn)物HBL-1。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] (1)棉質(zhì)布料的碳化
[0035]取10g廢舊布料，裝入瓷舟，放入管式爐中，在氮?dú)猸h(huán)境下以10°C/min的升溫速率 升溫至500°C，維持時(shí)間2h，維持溫度500°C。得到碳化后的布料TBL-2。
[0036] (2)活化
[0037] 取lg碳化得到的TBL、4g K0H置于燒杯中，加入10mL去離子水溶解。將碳化后的產(chǎn) 物與K0H溶液充分混合，置于烘箱60 °C下烘干。把烘干后的產(chǎn)物放入鎳?yán)徶杏霉苁綘t活化， 升溫速率l〇°C/min，活化溫度850°C，維持時(shí)間2h，維持溫度850°C。將活化得到的產(chǎn)物用去 離子水洗至中性，置于烘箱60°C烘干，得到最終產(chǎn)物HBL-2。
[0038] 2、下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0039]本發(fā)明中具體實(shí)施方案中吸附性能評(píng)價(jià)按照下述方法進(jìn)行:利用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)完 成。將10mL不同濃度的SMZ溶液加入到離心管中，分別向其中加入2.Omg吸附劑，恒溫水浴中 靜置，考察了溶液pH值、吸附劑用量、接觸時(shí)間、溫度對(duì)SMZ吸附的影響。吸附達(dá)到飽和后，去 上層清液，用紫外可見(jiàn)光光度計(jì)測(cè)得試液中未被吸附的SMZ分子濃度，計(jì)算得到吸附容量 (Qe) 〇
[0041 ]其中(Uwiiol/L)和CeWiiol/L)分別是初始和平衡濃度，m(mg)為吸附劑用量，V(mL) 為溶液體積。
[0042] 試驗(yàn)例1:取10mL初始濃度分別為50~175mg/L的SMZ溶液加入到離心管中，分別加 入2. Omg吸附劑，把測(cè)試液放在25 °C水浴中靜置12h后，取上層清液，未被吸附的SMZ分子濃 度用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定，固定波長(zhǎng)為272nm，并根據(jù)結(jié)果計(jì)算出吸附容量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明：HBL-1和HBL-2對(duì)SMZ的吸附量隨著溫度和濃度的升高，吸附量逐漸增大，最終達(dá)到吸 附平衡。
[0043] 試驗(yàn)例2:取10mL初始濃度為50mg/L的SMZ溶液加入到離心管中，加入2.Omg HNL-1 和HBL-2吸附劑，把測(cè)試液放在25 °C的水浴中分別靜置60~600min。靜置完成后，利用過(guò)膜 器分離得到清液，未被吸附的SMZ分子濃度用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定，固定波長(zhǎng)為272nm。 并根據(jù)結(jié)果計(jì)算出吸附容量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在600min后吸附基本達(dá)到平衡，說(shuō)明該吸附劑 對(duì)SMZ有較好的吸附動(dòng)力學(xué)性能。
[0044]圖1中的(a)和(b)均為實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑的掃描電鏡圖；從圖1可以看 出：活化后的布料纖維束狀結(jié)構(gòu)松散，而且表面粗糙。說(shuō)明活化過(guò)程使得產(chǎn)物微觀形貌發(fā)生 了變化。
[0045] 圖2是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑對(duì)水環(huán)境中四環(huán)素的吸附等溫線(xiàn)圖；由圖中可 以看出：隨著溫度和濃度的升高，吸附量隨之增加，在溫度為25 °C時(shí)，吸附量最高可達(dá)到 300mg/g〇
[0046] 圖3是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑對(duì)水溶液中四環(huán)素的吸附動(dòng)力學(xué)圖；從圖中可 以看出25 °C時(shí)吸附達(dá)到平衡的時(shí)間大于600min。且HBL的吸附速率隨SMZ的初始濃度增加而 增大。
[0047] 圖4是實(shí)施例1中的多孔柔性吸附劑的再生性能測(cè)試。從該圖中可以看出，再生3次 之后的吸附劑對(duì)SMZ仍然具有優(yōu)良的吸附效果。說(shuō)明HBL具有良好的可再生性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、棉質(zhì)廢舊布料的碳化 取棉質(zhì)廢舊布料，用瓷舟盛裝，放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行煅燒，煅燒完畢 后，得到碳化后的布料； 步驟2、活化 將步驟1得到的碳化后的布料與KOH混合后，加入去離子水，混合均勻，得到混合液，將 混合液置于烘箱中烘干;將烘干后的產(chǎn)物置于管式爐中煅燒活化，得到活化的產(chǎn)物;將得到 的活化的產(chǎn)物用去離子水洗至中性，烘干，得到最終產(chǎn)物多孔柔性吸附劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，所使 用的棉質(zhì)廢舊布料的質(zhì)量為5~10g。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述 的惰性氣體為氮?dú)狻?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述 的煅燒方法為：以3.0~10°C/min的升溫速率升溫至500°C，并在500°C維持2h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟2中，配置 所述混合液時(shí)，所使用的碳化后的布料、K0H與去離子水的質(zhì)量比為1:3~4:10。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述 的烘干溫度均為60 °C。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔柔性吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述 煅燒活化的方法為：以升溫速率3.0~10°C/min升溫至850°C，并在850°C維持1~2h。8. 權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述的方法制備的多孔柔性吸附劑的用途，其特征在于，所 述的多孔柔性吸附劑用于吸附磺胺二甲基嘧啶。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK106000300SQ201610357022
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】戴江棟, 常忠?guī)? 謝阿田, 何勁松, 田蘇君, 張瑞龍, 邵榮, 閆永勝
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)