[发明专利]一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料领域，公开了一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。该碳纳米管复合材料是在碳纳米管上负载磁性铁氧化物和CaCO₃，得到磁性碳纳米管，然后再掺杂分子筛到磁性碳纳米管上而制得。本发明掺杂分子筛的磁性碳纳米管对水中氨氮具有较高的去除率，吸附30分钟时氨氮去除率可达80％以上，吸附45分钟时可达90％以上；同时复合材料上负载磁性铁氧化物使其具有磁性，可通过磁分离快速从水中分离回收，并通过NaOH+NaCl溶液再生，再生率高达107.57％。该复合材料对水中氨氮的高效吸附和再生，使其在微污染水源水氨氮去除中有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着水污染问题日益突出，我国大部分水源受到污染。在受污染的水源中，受到轻度污染的为微污染水源。氨氮是微污染水源中主要的污染物之一。水中氨氮会影响净水处理工艺效果，例如在用氯消毒时，氨氮会与氯气作用生成氯胺，这样会显著降低氯的消毒效率，导致加氯量的增加，进而有可能导致消毒副产物的增加。供水中残余的氨氮会使配水管网中的硝化菌生长，而硝化菌和氨氮反应后放出的有机物会造成嗅味问题。氨氮与蛋白质可以结合会转化为具有“三致”作用的亚硝胺，经由人们日常所食用的水生生物进入人体，在人体内堆积，给人体的健康带来严重的危害，可能引起高铁血红蛋白症和食管癌等严重疾病。若长期饮用氨氮超标水，会引起胃炎、腹泻和传染性肝炎等疾病，并会对人体的大脑、心脏、肾脏等主要脏器造成伤害，进一步威胁人体健康。饮用水常规处理工艺不能有效去除水中的氨氮。目前，饮用水中氨氮的去除一般在常规处理前或后增加预处理或深度处理。常用的方法有生物法、折点加氯法和吸附法。生物法需要在常规工艺中增加构筑物，折点加氯法是通过投氯与氨生成氯胺而去除水中氨，该法使用氯消毒剂有产生消毒副产物的风险。吸附法具有操作简便的优点。目前吸附法去除氨氮有一定效果，但效果仍有待于提高。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料。该复合材料是在磁性碳纳米管上掺杂分子筛，通过分子筛的负电性对水中带正电的铵根离子的静电吸附去除水中的氨氮。由于在碳纳米管上负载磁性铁氧化物，吸附材料可通过磁分离技术实现与水的分离，解决碳纳米管与水分离困难的问题，并能回收再生重复使用，是一种高效去除水中氨氮且能回收再生的新型吸附材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料的制备方法。该方法是在碳纳米管上负载磁性铁氧化物和CaCO₃，然后再掺杂分子筛。

本发明的再一目的在于提供一种上述掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料，所述碳纳米管复合材料是在碳纳米管上负载磁性铁氧化物和CaCO₃，得到磁性碳纳米管，然后再掺杂分子筛到磁性碳纳米管上而制得。

优选地，所述磁性碳纳米管的制备步骤如下：

S11.配制溶液：将硫酸铁铵和氯化钙分别溶于蒸馏水并置于50～70℃恒温水浴中加热，制得硫酸铁铵溶液和氯化钙溶液；将碳纳米管溶于蒸馏水并超声，搅拌并水浴加热至50～70℃，得碳纳米管悬浮液；将无水碳酸钠和氢氧化钠溶于蒸馏水，置于50～70℃恒温水浴加热，配制碱溶液；

S12.将硫酸亚铁铵加入硫酸铁铵溶液中混合后，加入到碳纳米管悬浮液中，保持50～70℃恒温搅拌条件下，用碱溶液滴定碳纳米管悬浮液，当滴定至pH值10后，用氯化钙溶液与碱溶液进行双滴定；

S13.滴定完在50～70℃下恒温搅拌反应，停止搅拌恒温陈化，再洗涤至中性，在70～100℃下真空干燥，研磨，制得磁性碳纳米管。