[发明专利]磁性钴碳凹凸棒石复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种磁性钴碳凹凸棒石复合材料及其制备方法与应用，复合材料为以凹凸棒石为载体的多层结构，包覆在载体表面的为碳纳米管层，所述碳纳米管层的孔隙中和凹凸棒石的孔隙中填充有钴纳米颗粒，包覆在所述碳纳米管层表面的为钴纳米颗粒层。制备方法为：对凹凸棒石进行酸化处理，得到改性凹凸棒石；将改性凹凸棒石进行碳源吸附，再进行焙烧与刻蚀，得到多孔碳包覆凹凸棒石；向多孔碳包覆凹凸棒石中加入氯化钴溶液和硼氢化钠溶液充分反应后干燥处理，得到磁性钴碳凹凸棒石复合材料。将上述复合材料应用在吸附染料废水中的刚果红，最大平衡吸附容量可达到459mg/g，应用在对硝基苯酚加氢中，8min内完成了对硝基苯酚加氢。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的技术领域，特别涉及一种磁性钴碳凹凸棒石复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

凹凸棒石是一种链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，具有独特的纳米孔道结构和较大的比表面积，故常常用它吸附去除水中的重金属和阳离子型污染物。天然凹凸棒石中，凹凸棒石晶体间和自然孔道内填充有碳酸盐类胶结物，导致晶体颗粒团聚，使其孔道结构、表面形态以及晶体堆积状态都处于无规则状态，这削弱了其整体的物化性能，从而影响到凹凸棒石的吸附性能。且凹凸棒石在水悬浮体系中表现出优异的胶体稳定性，导致吸附饱和后的凹凸棒石难以从水中分离，造成凹凸棒石资源的浪费，且对水体造成二次污染。染料废水处理的分离途径，工业化试验通常都是投加絮凝剂，由此带来的问题是水处理成本升高，且会产生大量难以处理的污泥。

中国专利200610038912.3公开了一种磁性颗粒-凹凸棒石纳米复合材料的铁盐水解制备方法，其中用纳米磁赤铁矿颗粒负载在凹凸棒石表面，解决了目前由于凹凸棒石颗粒细小固液分离困难和固定化的难题，但是，该纳米复合材料的吸附效果还有待提高。

中国专利201410493771.9公开了一种一步炭化活化制备凹凸棒石/碳复合材料吸附剂的方法，其中利用煅烧活化的方法制备出凹凸棒石/碳复合材料，通过提高材料的比表面积可有效提高了其对有机污染物的吸附能力。但是，吸附饱和后的凹凸棒石/碳复合材料难以从水中分离，容易造成二次污染。

因此，有必要研究一种既能从水中实现分离，又能达到较好吸附效果的凹凸棒石复合材料吸附剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种磁性钴碳凹凸棒石复合材料及其制备方法与应用，制备出稳定的磁性钴碳凹凸棒石复合材料，在增大材料吸附量的同时赋予凹凸棒石粘土一定的磁性，通过电磁操纵可实现固液分离。

为了达到上述目的，本发明实施如下技术方案：

一种磁性钴碳凹凸棒石复合材料，所述复合材料为以凹凸棒石为载体的多层结构，其中，包覆在载体表面的为碳纳米管层，所述碳纳米管层的孔隙中和凹凸棒石的孔隙中填充有钴纳米颗粒，包覆在所述碳纳米管层表面的为钴纳米颗粒层。

优选地，所述复合材料中碳纳米管的质量占凹凸棒石质量的10％～40％；所述复合材料中钴纳米颗粒占凹凸棒石和碳纳米管总质量的40％～70％。

优选地，所述碳纳米管直径为2～20nm；所述钴纳米颗粒的直径为10～80nm。

优选地，所述复合材料为铁磁性材料，其饱和磁化强度为5.97～25.00emu/g。

本发明还提供一种磁性钴碳凹凸棒石复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)对凹凸棒石进行酸化处理，得到改性凹凸棒石；

2)将步骤1)所得改性凹凸棒石进行碳源吸附和焙烧，得到碳包覆凹凸棒石；

3)用氟化氢对步骤2)所得碳包覆凹凸棒石进行刻蚀，得到多孔碳包覆凹凸棒石；

4)向步骤3)所得多孔碳包覆凹凸棒石中加入氯化钴溶液和硼氢化钠溶液，充分反应后进行干燥处理，得到磁性钴碳凹凸棒石复合材料。