[发明专利]一种改性碳纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性碳纳米管及其制备方法和应用，属于废水深度处理领域。该材料是通过超声辅助沉淀法将稀土镧离子接枝到酸化碳纳米管两端，负载镧离子的碳纳米管提高了正电荷量，强化了对水体中硝态氮的吸附效果。再将阳离子表面活性剂通过静电作用包覆至碳纳米管表面，阳离子表面活性剂形成的半球形半胶束可增强碳纳米管自身的疏水特性，以达到削弱水分子对硝态氮吸附的干扰的目的。改性后的碳纳米管对污水中硝态氮吸附效果优异，尤其适用于硝态氮浓度较低的生化尾水深度处理与回用技术中，而且本发明具有脱氮效率高、制备工艺简单易操作、反应条件温和易控等优点，具有良好的经济和环境效益。

技术领域

本发明涉及废水深度处理技术领域，尤其涉及一种改性碳纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国总氮排放标准的进一步提高，污水总氮难以达标排放，致使大量污水处理厂面临着提标改造的问题。硝态氮是污水处理厂生化尾水总氮的主要组成，其在城市生化尾水的总氮中占75％以上。如何去除尾水中的硝态氮，对于污水达标排放有着重要的意义。

去除水体硝态氮的传统技术包括催化还原法、离子交换法、反渗透、电渗析和反硝化等。目前污水处理厂多采用外加碳源(如乙酸钠、淀粉、甲醇等)的方法通过反硝化实现脱硝态氮。但这一做法会在提高废水处理成本的同时产生过量的剩余污泥，而外加甲醇等碳源还存在一定的安全隐患。除此以外，催化还原法和吸附法应用较为广泛。但催化还原法需要利用铂、金等贵金属作为催化材料，去除成本较高，应用受到一定限制。因此吸附法是目前去除水体硝态氮的更为行之有效的方法。

现有技术中，如中国专利CN102941063A公开了一种氧氯化锆改性的碳纳米管吸附去除水体中磷酸盐的方法，用氧氯化锆对碳纳米管进行改性，对废水中磷酸盐具有良好的去除效果，但对硝态氮的去除效果不佳；中国专利CN104258812A公开了一种金属元素改良生物炭基硝酸根吸附剂的制备方法，该材料对废水中高浓度的硝态氮有着不错的去除效果，但难以有效处理低浓度的硝态废水。综上所述，现有的水体硝态氮吸附剂存在着吸附容量小、吸附效率低，对低浓度的硝态氮吸附效果不佳的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性碳纳米管及其制备方法和应用。本发明制得的改性碳纳米管吸附容量大，吸附效率高，对废水中低浓度硝态氮的吸附效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

将碳纳米管与混酸混合进行酸氧化处理，得到酸氧化的碳纳米管，所述混酸包括浓硝酸和浓硫酸；

将所述酸氧化的碳纳米管与氯化镧溶液混合进行稀土盐改性，得到镧改性碳纳米管；

将所述镧改性碳纳米管与阳离子表面活性剂溶液混合进行阳离子表面活性剂改性，得到所述改性碳纳米管。

优选地，所述碳纳米管与混酸的用量比为0.5～1g：100mL，所述混酸中浓硝酸和浓硫酸的体积比为1:3。

优选地，所述碳纳米管与氯化镧溶液的用量比为0.5～1g：200mL，所述氯化镧溶液的质量浓度为0.5％～0.1％。

优选地，所述阳离子表面活性剂溶液中的阳离子表面活性剂为十八烷基胺、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、氯化十六烷基吡啶或十六烷基三甲基溴化铵。

优选地，所述碳纳米管与阳离子表面活性剂溶液的用量比为0.5～1g：100mL，所述阳离子表面活性剂溶液的质量浓度为5～40g/L。

优选地，所述稀土盐改性的时间为2～4h。

优选地，所述阳离子表面活性剂改性的时间为20～24h。