[发明专利]五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料及其制备方法与应用，所述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五氟镁铝纳米颗粒，包覆在所述碳纳米管层表面的为五氟镁铝纳米颗粒层。所述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和焙烧，得到碳包覆凹凸棒石；向碳包覆凹凸棒石中加入氢氟酸和水，加热搅拌后进行抽滤、洗涤和干燥，得到五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料；其中，所述凹凸棒石、氢氟酸和水的质量比为1：(6～2)：(4～8)。所述复合材料应用于吸附阴离子型染料废水，对刚果红染料的最大平衡吸附容量为1500～2100mg/g。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会经济快速发展，水体污染物排放量逐年增加，水环境中的污染问题日益突出。地表水体所遭受的污染不仅对水生生物构成威胁，也破坏了生态环境，并最终危害人类的健康。传统去除水中污染物的方法包括生物法、絮凝法、高级氧化法、滤膜法和吸附法等。相比而言，吸附法不仅可避免二次污染，且在一定程度上降低了成本。

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，故常常用它作为吸附剂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。

中国专利文献CN 103316633 A公开了一种凹土/多孔炭复合材料的制备方法，以凹凸棒石和稻壳为原料，先与硫酸溶液混合进行热处理，再进行碱活化，高温煅烧制得凹土/多孔炭复合材料，虽然复合材料经碱活化后比表面在一定程度上提高了，因此吸附性能有所提高，但在处理过程中产生的硫酸和碱废液对环境会产生严重污染，无法达到环保而高效的效果。中国专利CN106140095A公开了一种改性凹凸棒土吸附剂的制备及应用，采用含松香基三元菲环结构的氧化叔胺溶液对天然凹凸棒土进行改性制备成目标吸附剂。该吸附剂适用于饮用水中溶解性有机物(腐殖酸)、无机阴离子(氟离子)和印染废水中阴离子染料(刚果红)等环境污染物的去除，具有良好的环保效益。其实施例中刚果红单位吸附量达到80mg刚果红/g改性凹凸棒土，可见该吸附剂的吸附能力有待进一步提高。

因此，有必要提供一种吸附效果良好，且同时具有良好环保效益的凹凸棒石改性复合材料吸附剂及其制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料及其制备方法与应用，其目的是用环保、成本低廉的方法制备出吸附效果良好的凹凸棒石改性复合材料吸附剂，并将其应用于吸附阴离子型染料废水。

为了达到上述目的，本发明实施如下技术方案：

一种五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳复合材料，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，包覆在所述碳纳米管层表面的为五氟镁铝纳米颗粒层；所述碳纳米管层的孔隙中和凹凸棒石的孔隙中均填充有五氟镁铝纳米颗粒。

纳米管的质量占凹凸棒石质量的10％～40％；所述复合材料中五氟镁铝纳米颗粒占凹凸棒石和碳纳米管总质量的1％～10％。

优选地，所述凹凸棒石的长度为1～2μm，直径为2～30nm。

优选地，所述五氟镁铝纳米颗粒的直径为20～30nm。

本发明还提供一种五氟镁铝/凹凸棒石/多孔碳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；