[发明专利]一种多壁碳纳米管杂化污泥基炭复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多壁碳纳米管杂化污泥基炭复合材料及其制备方法与应用。它是由99.90~99.98份污泥基生物质和：0.10~0.02份多壁碳纳米管原料组成。将本发明所制备的复合材料应用在有机染料以及重金属铅污染的废水处理过程中，可使刚果红、罗丹明b、孔雀石绿、重金属铅的去除效率分别达到99.94%、85.40%、98.80%、86.36%。本发明的复合材料，不仅有效解决碳纳米管的团聚性问题，而且提高了污泥基炭的比表面积和孔隙率，形成丰富的含氧官能团，增加了吸附有机染料的活性位点，从而显著提高了污泥基炭从溶液中去除有机染料的吸附效率。

技术领域

本发明属于新材料应用技术领域，涉及一种多壁碳纳米管杂化污泥基炭复合材料的制备方法及其应用于有色染料废水以及重金属离子铅污染废水的处理。

背景技术

染料废水一般具有复杂的芳环结构，具有一定毒性，难于直接生物降解，往往要结合其他处理方法如吸附、化学氧化等进行综合处理。其中吸附法具有成本低，效率高，简单易操作并对有毒物质不敏感等优点，而被认为优于其他的染料废水处理技术。

重金属铅离子可因微生物甲基化作用而生成相应的甲基化合物，此类化合物多属毒性很强的挥发性物质，极易通过呼吸道进入体内。目前重金属离子铅的污染日益严重，对于其处理方式以物理吸附、化学处理为主，而化学处理极易产生二次污染，生物降解难度较大，从物理方向出发探究价廉无污染的新型材料为当前研究热点。

目前对于废物资源化的研究火热，寻找一种廉价易得，来源广泛的原材料，并将其进行炭化，使其成为多孔性吸附物质，从而应用于废水处理具有很大的研究意义。近年来，大量学者选择将污泥中有机质分解、挥发，逐渐增加炭化程度，制备成具有丰富孔隙结构并且较大比表面积的污泥基炭，作为吸附材料用于净化污水或烟气的处理，不仅处理效果良好，而且实现了废物资源化利用。但污泥基炭制备过程中，由于原材料本身特点及热解过程中所产生的一些副产物，导致传统高温热解所得到的炭物质的比表面积较小，孔隙结构及表面官能团的数目和种类较少；而且由于污泥基炭表面主要是带有负电荷的官能团，对阴离子的吸附效果较差。因此为进一步强化其功能，可以采用碳纳米管杂化污泥基炭，使其性质得到较好的改善。

碳纳米管（carbon nanotubes），作为一种新型的吸附材料，具有比表面积大、吸附容量大、良好的导电性、显著的力学、电化学的优点。近年来，研究者们直接将碳纳米管作吸附剂或作载体，为开发新的水处理材料提供参考。但碳纳米管价格昂贵，且团聚性极高。为解决此问题，本发明利用碳纳米管杂化污泥基炭不仅可以有效解决碳纳米管的团聚性问题，而且可以使污泥基炭的比表面积增加，孔隙率增加，产生更多的活性官能团和阳离子交换量，从而提高对污染物的去除能力和选择性，从而显著提高污泥基生物炭对染料废水以及重金属离子铅污染废水处理效果。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多壁碳纳米管杂化污泥基炭复合材料及其制备方法，旨在解决单纯污泥基炭的比表面积小，官能团单一，吸附效率低以及多壁碳纳米管的本身易团聚等问题。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种多壁碳纳米管杂化污泥基生物炭复合材料，其特征在于它是由下述重量份数的原料组成：

污泥基生物质：99.90 ~ 99.98

多壁碳纳米管：0.10 ~ 0.02。

本发明进一步公开了多壁碳纳米管杂化污泥基生物炭复合材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：