[发明专利]一种改性碳纳米管吸附剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及水处理技术领域，提供了一种改性碳纳米管吸附剂的制备方法，包括如下步骤：纯化步骤制得纯化多壁碳纳米管、磁化步骤得到磁性碳纳米管、交联步骤制得交联磁性碳纳米管；改性步骤制得改性碳纳米管吸附剂，上述步骤相互配合，不仅显著提高了四氧化三铁的负载量，而且有利于四氧化三铁均匀地附着在碳纳米管上，进而显著地提高了改性碳纳米管吸附剂对金属离子的吸附效果。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种改性碳纳米管吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着国民经济的发展，日常生活和生产用水中污染物含量和种类的增多，使不同地域的生态环境和水资源呈现出不同程度的污染，对环境产生严重的影响。一般来说，金属离子污染都含有一定的毒性，如果金属离子废水排放到河流之中，并且通过自然的作用，进入饮用水源或者食用环节，将会直接威胁人体健康。在金属的开发及废水金属的处理中，吸附法因具有运行简便、经济效益高、反应速率快等特点而被广泛使用。

例如，中国专利文献CN105749881A中公开了一种碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法及应用，成功制备得到碳纳米管聚乙烯醇磁性微球，可用于去除金属和有机污染废水，具有方便回收、避免二次污染的作用。然而，因需要采用价格昂贵的双羰基聚乙二醇制备微球，制备方法复杂，成本高，收率低，吸附效果较差，难以大规模生产。于华荣等在《聚乙烯醇对碳纳米管负载氧化铁影响的研究》一文中公开了采用添加聚乙烯醇作为表面活性剂来实现碳纳米管对三氧化二铁的有效负载，主要方法为向分散有碳纳米管材料的聚乙烯醇水溶液中滴加三氯化铁溶液，得到高三氧化铁负载量的碳纳米管材料，虽然该制备方法简单，原料易得，成本低廉，使得更多的三氧化铁附着到碳纳米管上，但是因三氧化铁附着均匀性差导致其对金属离子的吸附富集能力低下，无法满足对金属离子吸附的需求，尤其是无法满足对含量较低的稀土离子废液进行较好的富集吸附，造成金属离子废水处理效果差。

因此，研究开发新型高效的金属离子吸附剂对于金属资源的开发利用及其废水处理和相关工业的可持续发展具有十分重要的意义。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的三氧化铁附着均匀性差而导致的碳纳米管吸附剂对金属离子吸附能力低下的缺陷，从而提供一种改性碳纳米管吸附剂的制备方法及其应用。

本发明提供了一种改性碳纳米管吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

纯化步骤：取多壁碳纳米管和强酸溶液混合，然后经超声分散，加热搅拌，一次静置纯化，加水稀释，二次静置纯化后洗涤，烘干，研磨，制得纯化多壁碳纳米管；

磁化步骤：取纯化多壁碳纳米管加入无水乙醇中溶解，得到多壁碳纳米管溶液；然后取聚乙烯醇加水溶解，得到聚乙烯醇溶液，取聚乙烯醇溶液加入多壁碳纳米管溶液中，然后加入四氧化三铁，搅拌下溶解，然后以1～2滴/s的速度滴入0.1～2mol/l的NaOH溶液，直至形成凝胶，静置，弃去上清液，得到磁性碳纳米管；

交联步骤：取磁性碳纳米管加入交联剂溶液中，交联反应，洗涤，烘干，研磨，制得交联磁性碳纳米管；

改性步骤：取交联磁性碳纳米管加入二硫化碳溶液中，反应，洗涤，烘干，制得改性碳纳米管吸附剂。

进一步地，所述强酸溶液为质量分数为98.3％的浓硫酸和质量分数为63％的浓硝酸的混合酸液，其中浓硫酸和浓硝酸的体积比为(3.0～3.5)：(1.0～1.5)。

进一步地，所述纯化步骤的具体方法为：取多壁碳纳米管加入强酸溶液中，常温下超声分散20～60min，然后在60～90℃下以600～900r/min的速度磁力搅拌2～5h，静置10～15h，加纯水稀释6～10倍，静置8～12h后洗涤，烘干，研磨，制得纯化多壁碳纳米管。

进一步地，所述磁化步骤中，加入的聚乙烯醇溶液、多壁碳纳米管溶液与四氧化三铁的质量比为(1～1.2)：(1～1.2)：(1～1.2)。