[发明专利]高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管柔性膜吸附染料领域，具体为一种高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法和应用。

背景技术

亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙、刚果红等有机染料作为常用的染料在纺织和食品工业被广泛应用；然而，有机染料具有毒害性大、致癌性高以及生物降解速度缓慢等缺点。因而，如何去除工业废水中的有机染料是目前纺织和食品工业发展所面临的迫切问题。目前，已开发出多种方法，如光催化降解、化学降解，Fenton-based氧化，臭氧化等。然而，上述技术存在选择性差、成本高、不可重复使用等问题(文献1.Ali,I.Chem.Rev.,2012,112:5073。文献2.Li,L.X.；Li,B.C.；Wu,L.；Zhao,X.；Zhang,J.P.Chem.Commun.,2014,50:7831)。因此，开发可重复使用、高效吸附有机染料的材料或方法是本领域研究的重点和难点。

碳纳米管(CNT)、活性炭、石墨烯等炭材料具有比表面积高、稳定性好、环境友好等特点被认为是吸附重金属离子和有机污染物的理想候选材料。然而，目前大多数碳基吸附剂是以粉末形式存在，这导致严重的再污染及粉末吸附剂难以回收等问题；同时高效吸附多种有机染料的研究较少(文献1.Geim,A.K.；Novoselov,K.S.Nat.Mater.,2007,6:183。文献2.Yang,Y.M.；Hu,G.W.；Chen,F.J.；Liu,J.；Liu,W.S.；Zhang,H.L.；Wang,B.D.Chem.Commun.,2015,51:14405)，石墨烯泡沫等柔性碳基材料虽然被报道可用于污水处理，但是一般石墨烯吸附剂处理污染物的吸附量小，制约了石墨烯泡沫吸附剂的发展(文献1.Geng,Z.G.；Lin,Y.；Yu,X.X.；Shen,Q.H.；Ma,L.；Li,Z.Y.；Pan,N.；Wang,X.P.J.Mater.Chem.,2012,22:3527。文献2.Tiwari,J.N.；Mahesh,K.；Le,N.H.；Kemp,K.C.；Timilsina,R.；Tiwari,R.N.；Kim,K.S.Carbon,2013,56:173)。

目前的主要问题是：如何宏量制备高柔韧性、高吸附性、可重复使用的碳质薄膜，解决目前粉末状炭材料吸附剂的二次污染及其他吸附剂吸附量有限、不可重复使用等技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法和应用，通过简单的分散、抽滤成膜技术，制备可循环、可逆吸脱附有机染料的单壁碳纳米管柔性膜，解决纳米碳材料粉体作为吸附剂引入二次污染及其它吸附材料不可重复利用的问题，以获得高吸附性能、可重复利用、环境友好、性能稳定的单壁碳纳米管柔性膜。

本发明的技术方案是：

一种高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法，具体步骤如下：将浮动催化剂化学气相沉积法制备的单壁碳纳米管分散于有机溶剂中，经抽滤、干燥获得单壁碳纳米管柔性膜。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法，单壁碳纳米管含量大于95％，单壁碳纳米管的长度为50～100μm、比表面积为300～800m²g^-1、孔径分布为2～10nm。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法，分散用的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙二醇或异丙醇。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法，单壁碳纳米管柔性膜的厚度及尺寸可通过碳纳米管含量以及过滤装置大小进行调控。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的制备方法，单壁碳纳米管柔性膜经无限次弯折后仍保持结构的完整性，且在水或有机溶剂中强力搅拌也不会破坏其结构。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的应用，单壁碳纳米管柔性膜对有机染料具有高吸附特性，应用于吸附染料：亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙或刚果红，对亚甲基蓝的吸附量达到198mg g^-1，对罗丹明B的吸附量达到190mg g^-1，对甲基橙的吸附量达到130mg g^-1，对刚果红的吸附量达到90mg g^-1。

所述的高吸附有机染料单壁碳纳米管柔性膜的应用，单壁碳纳米管柔性膜对有机染料的吸脱附是可逆的，单壁碳纳米管柔性膜循环使用。

本发明的设计思想是：