溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種生物吸附劑的制備方法的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備方法及對水中砷（Ⅴ）和鉻（Ⅵ）吸附的應(yīng)用技術(shù)。

背景技術(shù)：
碳纖維（carbonfiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)與碳相識，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中溫度高于400℃時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO與CO2。碳纖維對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，完全不存在生銹的問題。碳纖維還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性，可以稱為新材料之王。離子液體一般是由特定的體積相對較大、結(jié)構(gòu)不對稱的有機陽離子（如咪唑、吡啶）和體積相對較小的無機陰離子（如Cl-、Br-等）構(gòu)成的在室溫或近室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)。室溫離子液體是一種優(yōu)良溶劑，可以溶解極性和非極性有機物、無機物，易于分離，可循環(huán)使用。其液態(tài)范圍很寬、無蒸汽壓，不揮發(fā)，不會造成環(huán)境污染，被譽為綠色溶劑。對離子液體進行固載可以得到負(fù)載離子液體或表面具有離子液體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)。這既結(jié)合了固相載體材料的優(yōu)點，也解決了離子液體應(yīng)用到水環(huán)境中的流失問題，同時又保持了離子液體本身的物理和化學(xué)性質(zhì)，較好地解決了離子液體在提取物中的殘留及毒性問題，在與提取物的分離、溶劑交叉污染方面也具有明顯的優(yōu)勢。負(fù)載離子液體制備吸附已有報道，王若男等研究了負(fù)載咪唑型離子液體硅膠吸材料制備（王若男等，負(fù)載咪唑型離子液體硅膠吸材料制備及應(yīng)用研究，中國環(huán)境檢測，2013，29（2）：69~72）；彭長宏等研究了離子液體負(fù)載型碳納米管吸附除砷（；彭長宏等離子液體負(fù)載型碳納米管吸附除砷研究，中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，41（2）：416~421），砷、鉻在自然界中分布十分廣泛，存在于地殼中的巖石、土壤、河水、海水及大氣中。含砷礦物經(jīng)自然風(fēng)化、氧化后易進入水體發(fā)生遷移。砷作為有較強毒性的元素，廣泛存在于自然水體和飲用水中。砷的存在是自然反應(yīng)（如：生物活性、地球化學(xué)反應(yīng)、火山爆發(fā)等）和認(rèn)為排放（如：殺蟲劑、化工生產(chǎn)、半導(dǎo)體制造等）共同作用的結(jié)果。砷是一種劇毒物質(zhì)，主要以As(Ⅲ)和As（Ⅴ）兩種價態(tài)存在。砷的低氧化態(tài)比高氧化態(tài)的毒性更大。人們長期飲用和食用含砷的水和食物，使砷元素在人體內(nèi)積累可引發(fā)人體肺、肝、腎等器官組織和功能上的異變，嚴(yán)重的可導(dǎo)致癌變（如：皮膚癌、肺癌、肝癌、腎癌、膀胱癌等）。因此，對生活中飲用水和工業(yè)生產(chǎn)中的廢水除砷，是關(guān)系到民生的重要課題，也是國內(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點。鉻是一種重要的環(huán)境污染物，主要來源于電鍍、冶金、制革、印染和化工等行業(yè)排放的“三廢”中。環(huán)境中的鉻主要以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）兩種價態(tài)存在，Cr（Ⅲ）以陽離子形式存在，而Cr（Ⅵ）則以鉻酸根陰離子形式存在。與Cr（Ⅲ）相比，Cr（Ⅵ）具有更強的致癌和致突變能力，其毒性是Cr（Ⅲ）的100多倍；同時，Cr（Ⅵ）具有很強的氧化能力和遷移能力，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，水中Cr（Ⅵ）的處理越來越受到人們的關(guān)注。本發(fā)明采用溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體對碳纖維進行化學(xué)改性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備方法，獲取的一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對水體系中砷、鉻的進行吸附分離。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備方法，特征在于該方法具有以下工藝步驟：（1）碳纖維氧化處理：將碳纖維浸入濃鹽酸與雙氧水的混合溶液中，于80~90℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)30~50min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分比加入，乙醇：45~60%，巰丙基三甲氧基硅烷：18~28%，氧化碳纖維：20~30%；各組分之和為百分之百，攪拌加熱至溫度升至50~60℃，恒溫反應(yīng)6~8h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分比加入，乙醇：62~72%，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：4~10%，有機化碳纖維：20~30%，再加入偶氮二異丁腈：0.5~2%，各組分之和為百分之百，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。在一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體改性碳纖維吸附劑的制備方法，其特征在于，所述雙氧水的為質(zhì)量百分濃度是30%雙氧水。在一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體改性碳纖維吸附劑的制備方法，其特征在于，所述的濃鹽酸與雙氧水的體積比在1:0.1~0.25之間；在一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體改性碳纖維吸附劑的制備方法，其特征在于，所述碳纖維與濃鹽酸和雙氧水的混合溶液的固液比在1g:5~10mL之間。在一種溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體改性碳纖維吸附劑的制備方法，其特征在于，所述的有機化碳纖維與溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體的質(zhì)量比1：0.2~0.4之間最優(yōu)。本發(fā)明的另一目的是提供溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對水體系中對砷的吸附，特點為：將制備好的溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑用去離子水浸泡2h，按靜態(tài)法吸附。將制備好的溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑用去離子水浸泡2h，按動態(tài)法吸附。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點及有益效果：（1）本發(fā)明獲得的溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的機械強度，耐磨可反復(fù)使用次數(shù)可達15次以上，（2）本發(fā)明獲得的溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑既具有固相載體材料的優(yōu)點，也解決了離子液體應(yīng)用到水環(huán)境中的流失問題。（3）由于溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的密度小，可以漂浮在水體表面，與油脂接觸的機會多，對油的的去除率高，是天然綠色產(chǎn)品，環(huán)保；（4）合成的過程要求的條件容易控制，能耗低，操作簡單，屬于清潔生產(chǎn)工藝，易于工業(yè)化生產(chǎn)。（5）吸附的速度快，解吸性能好，能夠在較寬的酸堿范圍內(nèi)使用。吸附容量大，對砷（Ⅴ）的吸附容量可達128.6mg/g；對鉻（Ⅵ）的吸附容量可達198.2mg/g。具體實施方式實施例1（1）碳纖維氧化處理：將20g碳纖維浸入80mL濃鹽酸與20mL雙氧水的混合溶液中,于85℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)40min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：52mL，巰丙基三甲氧基硅烷：23mL，氧化碳纖維：26g；攪拌加熱至溫度升至55℃，恒溫反應(yīng)7h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：68mL，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：8g，有機化碳纖維：26g，再加入偶氮二異丁腈：1g，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。實施例2（1）碳纖維氧化處理：將15g碳纖維浸入90mL濃鹽酸與10mL雙氧水的混合溶液中,于80℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)30min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：62mL，巰丙基三甲氧基硅烷：17mL，氧化碳纖維：22g；攪拌加熱至溫度升至50℃，恒溫反應(yīng)8h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：65mL，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：6g，有機化碳纖維：30g，再加入偶氮二異丁腈：2g，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。實施例3（1）碳纖維氧化處理：將18g碳纖維浸入85mL濃鹽酸與15mL雙氧水的混合溶液中,于90℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)50min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：48mL，巰丙基三甲氧基硅烷：26mL，氧化碳纖維：27g；攪拌加熱至溫度升至60℃，恒溫反應(yīng)6h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：75mL，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：4g，有機化碳纖維：30g，再加入偶氮二異丁腈：0.5g，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。實施例4（1）碳纖維氧化處理：將10g碳纖維浸入88mL濃鹽酸與12mL雙氧水的混合溶液中,于85℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)35min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：58mL，巰丙基三甲氧基硅烷：18mL，氧化碳纖維：25g；攪拌加熱至溫度升至55℃，恒溫反應(yīng)7.5h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：72mL，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：10g，有機化碳纖維：24g，再加入偶氮二異丁腈：1g，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。實施例5（1）碳纖維氧化處理：將12g碳纖維浸入82mL濃鹽酸與18mL雙氧水的混合溶液中,于85℃恒溫，攪拌，回流反應(yīng)40min，冷至室溫，用去離子水洗滌至中性，抽濾后80℃烘干，得氧化碳纖維；（2）有機化碳纖維處理：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：60mL，巰丙基三甲氧基硅烷：20mL，氧化碳纖維：20g；攪拌加熱至溫度升至60℃，恒溫反應(yīng)6.5h，冷卻至室溫，過濾，用乙醇洗滌后，真空干燥，得到有機化碳纖維；（3）溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：70mL，溴化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體：7g，有機化碳纖維：23g，再加入偶氮二異丁腈：2g，于80±2℃恒溫、攪拌、反應(yīng)24h，冷卻后，抽濾，用去離子水洗滌，至濾液呈中性為止，用少量乙醇洗滌后，放在80℃真空干燥箱中干燥，得到溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑。實施例6稱取0.20g溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL濃度為600mg/L砷（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)溶液中；再稱取0.50g溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL濃度為800mg/L鉻（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液中，以稀酸或堿分別調(diào)節(jié)體系的pH值為1.0~10.0范圍內(nèi)，在室溫下震蕩吸附40~60min，取上清液，用電化學(xué)方法測定砷（Ⅴ）的濃度，根據(jù)吸附前后水中砷（Ⅴ）的濃度差，計算出溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對（Ⅴ）的吸附容量，以分光光度法測定鉻（Ⅵ）的濃度，根據(jù)吸附前后水中鉻（Ⅵ）的濃度差，計算出溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對鉻（Ⅵ）的吸附容量，結(jié)果表明pH值在5.5~8.0范圍內(nèi)吸附劑對砷（Ⅴ）的吸附容量最大而且穩(wěn)定，在室溫下震蕩吸附40min，砷基本吸附飽和，砷（Ⅴ）的吸附容量可達128.6mg/g；pH值在6.0~7.0范圍內(nèi)吸附劑對鉻（Ⅵ）的吸附容量最大而且穩(wěn)定，在室溫下震蕩吸附50min，鉻（Ⅵ）基本吸附飽和，鉻（Ⅵ）的吸附容量可達198.2mg/g。實施例8稱取1.0g溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL濃度為200mg/L砷（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)溶液中，以稀酸或堿調(diào)節(jié)體系的pH值為5.5~8.0范圍內(nèi)，在室溫下震蕩吸附40min，取上清液，用電化學(xué)方法測定砷（Ⅴ）的濃度，根據(jù)吸附前后水中砷的濃度差，計算出溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對砷的去除率，該吸附劑對砷（Ⅴ）在水中的去除率都在97.8%以上，最高可達99%。再稱取1.0g溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中，加入100mL濃度為200mg/L鉻（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液中，以稀酸或堿調(diào)節(jié)體系的pH值為6.0~7.0范圍內(nèi)，在室溫下震蕩吸附50min，取上清液，用分光光度法測定鉻（Ⅵ）的濃度，根據(jù)吸附前后水中鉻（Ⅵ）的濃度差，計算出溴化1-丁基-3-甲基咪唑改性碳纖維吸附劑對鉻（Ⅵ）的去除率，該吸附劑對鉻（Ⅵ）在水中的去除率都在98.5%以上，最高可達99%。