[发明专利]一种多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与环境科学技术领域，涉及一种高吸油能力材料的制备方法，具体 涉及一种可重复使用的多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制备方法。

背景技术

随着我国经济社会和科技领域的不断发展，人类对石油资源的依存度与日俱增，这显著 促进了石油的开采量的增加。值得一提的是，国内大部分油田已进入开发中后期，产出液的 平均综合含水率已超过80％，进而导致大量的石油污染废水产生，并且处理难度越来越大。 随着水资源日趋紧张以及污水排放标准的提高，达成石油污染废水的高效、无害化处理是当 务之急。传统的水处理技术存在设备使用及处理效率较低、工程投资大、处理成本高等弊端， 不能满足石油污染废水处理的需要。因此对石油污染废水的有效处理和回收利用是环境学家 和化工技术工作者面临的一大难题。目前，石油污染废水的常规处理方法有生物法、化学法 和物理法，在所述的三种方法中，以生物法使用方法应用较广，该方法有较好的处理效果， 但普遍存在处理速度慢、占地面积大、入水含油量不可过高等问题。值得关注的是，物理吸 附法以其简单、快速、高效的特点受到科研工作者的关注，但多数吸附剂用于石油污染废水 的处理都存在再生困难、吸附效率低的问题。发展吸附效率高、成本低、可再生和具有实用 性的吸附材料，是解决吸附法处理石油污染废水技术发展的关键步骤。

在各种吸附材料中，碳纳米管做为新兴的纳米材料，以独特的分子结构、良好的力学性 能，再加上其本身对水中油相具有较高的吸附去除能力，使其在石油污染废水处理方面拥有 巨大的应用潜力。碳纳米管作为一种优异的吸附材料不仅可以高效、快速地实现污水中的油 的去除,而且碳纳米管和油都可以回收再利用。但目前纳米尺度的碳纳米管存在不易回收的难 题，且碳管单独使用时本身的致毒机理尚未深入探究，限制了其大规模应用。

硅气凝胶是结构可控的非晶态多孔固体材料，所具有的高比表面积、低密度保证了其较 高的油水分离效率，并且通过疏水化处理后能得到高亲油性能。但硅气凝胶的疏松孔道结构 导致其在使用过程中具有易碎性，采用碳纳米管作为骨架支撑材料与疏水硅气凝胶进行复合， 可实现二者的优势互补。同时，兼具有耐火性和耐酸性能的硅气凝胶可拓展复合材料在工程 领域的适用范围，减少使用过程中的安全隐患，而碳纳米管的加入则能明显提高复合材料的 吸附能力。

专利CN105016350A报道了一种纤维增强硅气凝胶吸油海绵的制备方法，将硅气凝胶中 原有的Si-O键与纤维素增强相中的缩醛基C＝O键以共价键的形式结合，使制备出的硅气凝 胶具有一定机械强度和吸油能力，该专利对柴油的吸附能力仅为8g/g，对汽油的吸附能力仅 为7g/g。专利CN103752267A报道了一种丝瓜络碳气凝胶吸附剂的制备方法，其对正己烷的 吸附能力仅为7.01g/g，对石油醚的吸附能力仅为6.85g/g。同时未探究吸附材料对商品油(柴 油、汽油、煤油等)的吸附能力，以及吸油后材料的解吸方法和循环使用性能。专利 CN102125821A报道了一种活性炭-硅气凝胶吸油海绵的制备方法，该复合材料对挥发性有机 污染物具有一定的吸附能力，对甲苯的吸附能力仅为4.08g/g，且该专利未对吸附后材料的再 生方式和循环使用性能进行说明。

现有制备亲油疏水复合气凝胶吸附剂的材料制备及吸油应用存在如下技术问题：(1)增 强相难以大幅提高材料在使用过程中的强度；(2)常压干燥过程中凝胶容易开裂，不易成型 化；(3)常采用超临界干燥法，干燥过程复杂，流程较长，操作费用昂贵。(4)现行气凝胶 材料对挥发性有机溶剂和商品油的吸附能力普遍较低。(5)吸附油品后气凝胶材料的再生方 式和循环使用性能未加考虑。

发明内容

根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种原料易得、高吸附性能的多壁碳纳米管- 二氧化硅复合气凝胶，该多壁碳纳米管-二氧化硅气凝胶具有较大的比表面积和多孔结构，对 水中油相具有较高的吸附容量和高再生使用性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制 备方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(1)称取1重量份数的多壁碳纳米管，加入到30～1000重量份数的硫酸和硝酸的混酸溶 液中，所述的混酸溶液中硫酸和硝酸的摩尔比为1:3，加热6h后取出固体物质置于60℃下恒 温干燥，得到羧化多壁碳纳米管；