本发明属于吸附材料技术领域，一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法。
背景技术：
近年来，稀散金属铟作为高新技术领域的支撑材料，需求量逐年增加。但迄今为止，铟的独立矿藏非常少，它一般是作为伴生金属从铅锌矿等多金属矿冶炼过程中回收。目前，应用最为广泛的分离回收铟的方法是溶剂萃取法，但溶剂萃取法在萃取过程中要使用大量的有机溶剂和萃取剂，存在有机相易流失，易造成环境污染的缺点，并且萃取剂一般为单官能团有机分子，提供吸附位点有限，吸附量低。因此制备出更加稳定、高效的易于分离回收的吸附分离材料具有重要意义。
活性碳纤维具有比表面积大和微孔结构丰富的特点，以活性碳纤维为载体制备吸附材料具有一定优势。超支化聚乙烯亚胺（hpei）是一种常见的超支化高分子，与有机分子萃取剂相比，hpei具有以下优势：具有大量易于修饰改性的端胺基，易于与载体形成共价键；多官能度，可提供吸附位点多；类球形结构有利于金属离子的吸附包裹；水溶性好，利于水体系中稀散金属的吸附分离。因此，结合活性碳纤维和hpei的优势，以活性碳纤维为载体，通过化学改性法以hpei对活性碳纤维进行改性，制备具有大量吸附功能基团、较高稳定性的超支化吸附分离材料，对铟（ⅲ）的吸附分离具有实际应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有溶剂萃取的不足，提供一种具有更高稳定性和对稀散金属铟具有高吸附速率的固体吸附剂—超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，所述制备方法为：
a：首先，对碳纤维（acf）进行预处理，称取10克acf放置于烧杯中，加入蒸馏水，将烧杯放置于电热套加热煮沸1小时，去除灰尘等杂质，将煮沸过的acf，进行抽滤，用蒸馏水洗涤，真空干燥箱中烘干备用。
b：称取2克碳纤维放置于100毫升三口烧瓶中，加入50毫升体积比为1:3的硫酸和硝酸溶液，放置于水浴锅中60℃下反应4小时。反应结束后，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得氧化碳纤维。
c：称取一定量的氧化碳纤维和超支化聚乙烯亚胺于烧杯中，加入蒸馏水超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，结构如图1所示。
所述氧化碳纤维和超支化聚乙烯亚胺的质量比分别为1:1、1:2、1:3和1:4，质量之和为1.5克。
附图说明
图1是超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维的结构式。
具体实施方式
本发明超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维由活性炭纤维、hpei通过化学改性制备获得。本发明超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维应用于酸性溶液体系中吸附铟（ⅲ）具有较高的吸附速率。
下面通过具体实施例进一步阐述本发明方案。
实施例一：
一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，步骤包括：按照本发明技术方案（a）中的方法对碳纤维进行预处理，按照本发明技术方案（b）中的方法制备氧化碳纤维，称取0.75克氧化碳纤维和0.75克hpei放置于烧杯中，加入15毫升蒸馏水，超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料。
实施例二：
一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，步骤包括：按照本发明技术方案（a）中的方法对碳纤维进行预处理，按照本发明技术方案（b）中的方法制备氧化碳纤维，称取0.5克氧化碳纤维和1克hpei放置于烧杯中，加入15毫升蒸馏水，超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料。
实施例三：
一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，步骤包括：按照本发明技术方案（a）中的方法对碳纤维进行预处理，按照本发明技术方案（b）中的方法制备氧化碳纤维，称取0.375克氧化碳纤维和1.125克hpei放置于烧杯中，加入15毫升蒸馏水，超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料。
实施例四：
一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，步骤包括：按照本发明技术方案（a）中的方法对碳纤维进行预处理，按照本发明技术方案（b）中的方法制备氧化碳纤维，称取0.3克氧化碳纤维和1.2克hpei放置于烧杯中，加入15毫升蒸馏水，超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料。
应用实施例1：
配置ph为3.5浓度为30毫克/升的铟（ⅲ）溶液，分别称取0.02克实施例一、实施例二、实施例三和实施例四制备的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，并置于碘量瓶中，加入25毫升上述铟（ⅲ）溶液，室温条件下（25℃），于水浴振荡器中振荡吸附8小时。采用原子吸收分光光度计测定吸附前后的金属离子浓度的变化，并计算改性碳纤维的吸附量，结果如表1所示。
表1实施例吸附铟（ⅲ）结果
备注：oacf和hpei的比例为投料质量比。
由表1可看出，随着超支化聚乙烯亚胺的加入量的增加，制备的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维的吸附量先增加后逐渐平稳，当氧化碳纤维与超支化聚乙烯亚胺的质量比为1:2时，制备吸附材料使用原料量最低，且吸附量最大，为12.4毫克/克。
应用实施例2：
配置ph为3.5浓度为30毫克/升的铟（ⅲ）溶液，称取0.02克实施案例二制备的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，置于碘量瓶中，加入25毫升上述铟（ⅲ）溶液，室温条件下（25℃），于水浴振荡器中振荡吸附，吸附时间分别为2小时、4小时、6小时和8小时。采用原子吸收分光光度计测定吸附前后的金属离子浓度的变化，并计算改性碳纤维的吸附量，结果如表2所示。由表2可看出，实施例二制备的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，4小时基本达到平衡，吸附速率较快。
表2改性碳纤维吸附平衡时间
备注：所使用的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维由oacf和hpei投料质量比为1:2制备。
通过实施例和应用实施例可以发现，以活性碳纤维为载体，通过化学改性法以hpei对活性碳纤维进行改性制备超支化聚乙烯改性碳纤维吸附材料对于稀散金属铟具有吸附速率高的特点。
本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，而权利要求书则指出了本发明的范围，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。
1.一种用于吸附铟（ⅲ）的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维吸附材料及制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：
a：首先，对碳纤维（acf）进行预处理，称取10克acf放置于烧杯中，加入蒸馏水，将烧杯放置于电热套加热煮沸1小时，去除灰尘等杂质，将煮沸过的acf，进行抽滤，用蒸馏水清洗3-5次，在40℃下烘干备用；
b：称取2克预处理的碳纤维放置于100毫升三口烧瓶中，加入50毫升体积比为1:3的浓硫酸和浓硝酸混合溶液，放置于水浴锅中60℃下反应4小时，反应结束后，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得氧化碳纤维；
c：称取总质量为1.5克的氧化碳纤维和超支化聚乙烯亚胺于烧杯中，加入蒸馏水超声处理1小时，后转移到反应釜中，将反应釜放置于真空干燥箱中，80℃条件下反应4小时，反应结束后，自然冷却，过滤，蒸馏水洗涤，60℃下真空干燥箱中烘干，获得超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化碳纤维和超支化聚乙烯亚胺的质量比为1:2。
3.根据权利要求1所述的制备的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，其特征在于：以碳纤维为载体具有较大的比表面积，以含有大量胺基的超支化聚乙烯亚胺对载体改性，可提供大量的吸附基团。
4.根据权利要求1所述的超支化聚乙烯亚胺改性碳纤维，其特征在于：应用于酸性水溶液中对稀散金属铟（ⅲ）具有较高的吸附速率。
技术总结