申請日2016.05.27

　　公開(公告)日2016.07.27

　　IPC分類號B01J20/20; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/52

　　摘要

　　本發(fā)明提供了一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料、其制備方法及其在水處理中的應(yīng)用，該復(fù)合材料包括：磁性鐵氧化物修飾的碳納米管和復(fù)合于所述碳納米管上的聚合氯化鋁。本發(fā)明所得產(chǎn)品綜合了聚合氯化鋁良好的混凝性能和碳納米管獨(dú)特的納米效應(yīng)，可同步高效去除水中腐殖酸和濁度。同時，在外加磁場作用下，本發(fā)明功能化磁性碳納米管能與液體媒介快速分離，并可回收再生利用，成本低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的復(fù)合材料處理水，腐殖酸去除率可達(dá)99%，濁度去除率可達(dá)94%，去除效果可觀，具有安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn);同時磁分離過程為后續(xù)回收再生創(chuàng)造了條件，成本低，不增加處理后的污泥量，在微污染水源水處理領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料，其特征在于，包括：

　　磁性鐵氧化物修飾的碳納米管;

　　和復(fù)合于所述碳納米管上的聚合氯化鋁。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料中，C元素含量為50～70wt%，Al元素含量為2～5wt%，F(xiàn)e元素含量為5～20wt%。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料存在介孔結(jié)構(gòu)。

　　4.一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

　　A)提供磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料;

　　B)利用微波將所述磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料與聚合氯化鋁復(fù)合，得到功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B)中利用微波復(fù)合具體為：

　　將包括所述磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料和聚合氯化鋁的混合液在功率為600W的條件下，微波2～10min，得到功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　6.一種從水中去除腐殖酸和濁度的方法，包括以下步驟：

　　將待處理水利用化學(xué)試劑進(jìn)行混凝，得到處理后的出水;

　　所述化學(xué)試劑為權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料或權(quán)利要求4或5所述的制備方法制得的功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述待處理水中腐殖酸濃度為10～30mg/L，濁度為40～80NTU。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述混凝在室溫且pH值為4～7.5的條件下進(jìn)行。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求6～8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述混凝的過程分三個階段：第一階段的攪拌速度為200～300r/min，時間為10～20s;第二階段的攪拌速度為120～200r/min，時間為4～10min;第三階段的攪拌速度為40～60r/min，時間為15～20min。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)試劑在混凝時分兩次投加：第一次投加點(diǎn)為第一階段攪拌開始前，第二次投加點(diǎn)為第二階段攪拌的最后30s內(nèi);

　　所述化學(xué)試劑的單次投加量與待處理水的比例為(0.2～0.6)g：1000mL。

　　說明書

　　一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料、其制備方法及其在水處理中的應(yīng)用

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及功能性納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料、其制備方法及其在水處理中的應(yīng)用。

　　背景技術(shù)

　　腐殖酸(或腐植酸)是一類廣泛存在于自然界，如土壤、河流、湖泊的天然高分子有機(jī)物，其大分子的基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團(tuán)。腐殖酸在水體中會產(chǎn)生令人不悅的顏色和氣味，尤其是在氯消毒過程中，其與氯反應(yīng)生成消毒副產(chǎn)物，具有致癌或致突變作用，對人體健康產(chǎn)生極大的危害。但飲用水的常規(guī)處理很難去除腐植酸，因此它的去除一直是飲用水凈化處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　目前，飲用水凈化中去除腐殖酸的方法主要包括強(qiáng)化常規(guī)處理工藝、生物預(yù)處理、膜處理技術(shù)、高級氧化技術(shù)及吸附法等。其中，常規(guī)混凝技術(shù)對于有機(jī)物的去除率只有20～30%，且由于溶解性有機(jī)物的存在，不利于破壞膠體的穩(wěn)定性而使常規(guī)水處理工藝對原水濁度的去除效果下降，去除率僅為50～60%。強(qiáng)化混凝工藝對有機(jī)物的去除效果有所提高，但存在一些問題，如增大混凝劑的投加量，使水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量增加;對溶解性有機(jī)物的去除能力提高有限等。

　　而吸附法是一種高效、簡便、節(jié)能的水處理技術(shù)，可吸附的物質(zhì)范圍很廣，在水處理上適應(yīng)性大，所以其是常用的方法。在吸附法水處理技術(shù)中，常用的吸附劑是活性炭，但其對腐殖酸的去除效果不太理想。碳納米管是新型的吸附劑，具有巨大的比表面積，吸附能力強(qiáng)。但是，碳納米管的價格通常較高，而且納米材料與水分離困難，不能回收利用，這些都限制了碳納米管在水處理領(lǐng)域中的廣泛使用。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料、其制備方法及其在水處理中的應(yīng)用，本發(fā)明提供的功能化的磁性碳納米管材料可實(shí)現(xiàn)水中腐殖酸和濁度的同步高效去除，且便于回收利用，節(jié)省成本。

　　本發(fā)明提供一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料，包括：

　　磁性鐵氧化物修飾的碳納米管;

　　和復(fù)合于所述碳納米管上的聚合氯化鋁。

　　優(yōu)選地，所述功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料中，C元素含量為50～70wt%，Al元素含量為2～5wt%，F(xiàn)e元素含量為5～20wt%。

　　優(yōu)選地，所述磁性鐵氧化物包括Fe3O4和γ-Fe2O3。

　　優(yōu)選地，所述功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料存在介孔結(jié)構(gòu)。

　　本發(fā)明提供一種功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

　　A)提供磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料;

　　B)利用微波將所述磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料與聚合氯化鋁復(fù)合，得到功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　優(yōu)選地，所述步驟A)具體為：

　　在堿性條件下，將碳納米管、二價鐵鹽和三價鐵鹽在水中混合反應(yīng)，經(jīng)陳化，得到磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料。

　　優(yōu)選地，所述步驟B)中利用微波復(fù)合具體為：

　　將包括所述磁性鐵氧化物修飾的碳納米管材料和聚合氯化鋁的混合液在功率為600W的條件下，微波2～10min，得到功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　本發(fā)明提供一種從水中去除腐殖酸和濁度的方法，包括以下步驟：

　　將待處理水利用化學(xué)試劑進(jìn)行混凝，得到處理后的出水;

　　所述化學(xué)試劑為上文所述的功能化的磁性碳納米管復(fù)合材料。

　　優(yōu)選地，所述待處理水中腐殖酸濃度為10～30mg/L，濁度為40～80NTU。

　　優(yōu)選地，所述混凝在室溫且pH值為4～7.5的條件下進(jìn)行。

　　優(yōu)選地，所述混凝的過程分三個階段：第一階段的攪拌速度為200～300r/min，時間為10～20s;第二階段的攪拌速度為120～200r/min，時間為4～10min;第三階段的攪拌速度為40～60r/min，時間為15～20min。

　　優(yōu)選地，所述化學(xué)試劑在混凝時分兩次投加：第一次投加點(diǎn)為第一階段攪拌開始前，第二次投加點(diǎn)為第二階段攪拌的最后30s內(nèi);

　　所述化學(xué)試劑的單次投加量與待處理水的比例為(0.2～0.6)g：1000mL。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的復(fù)合材料利用碳納米管為支載骨架，對其以磁性鐵氧化物修飾，再將聚合氯化鋁復(fù)合于所形成的磁性碳納米管上。本發(fā)明所得產(chǎn)品綜合了聚合氯化鋁良好的混凝性能和碳納米管獨(dú)特的納米效應(yīng)，可同步、高效去除水中腐殖酸和濁度。并且，在外加磁場的作用下，可使本發(fā)明功能化磁性碳納米管與液體媒介快速分離，并可回收再生利用，成本低，從而解決了納米材料回收困難的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的復(fù)合材料處理水，腐殖酸去除率可達(dá)99%，濁度去除率可達(dá)94%，去除效果可觀，具有安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn);同時磁分離過程為后續(xù)回收再生創(chuàng)造了條件，節(jié)省成本，不增加處理后的污泥量，在微污染水源水處理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。