CN103657611A

CN103657611A - 一种用于水污染治理的纳米吸附材料

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Publication number: CN103657611A
Application number: CN201310674148.9A
Authority: CN
Inventors: 赵兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种用于水污染治理的纳米吸附材料，由重量百分比为30～55％的纳米电气石，20～35％的改性活性炭；10～20％的纳米凹土；8～22％的改性氧化石墨烯；1～5％的合成树脂复配而成。本发明采用纳米电气石、改性活性炭、改性氧化石墨烯、纳米凹土等纳米级材料和树脂材料复配，具有极大的比表面积、精细的三维结构和合适的表面吸附电荷，可作为微生物膜载体，发展出数量巨大、物种丰富、活性极高的微生物群落，并通过微生物的代谢作用高效降解废水中的有机物。同时本发明作为一种吸附材料，也可以有效吸附污水中的重金属、悬浮物，克服了传统吸附材料只能适用于单一场合的不足。

Description

一种用于水污染治理的纳米吸附材料

技术领域

本发明涉及一种用于水污染治理的纳米吸附材料，属于水处理领域。

背景技术

随着社会经济的不断发展，工农业废水排放量越来越大。据调查数据显示：我国天然湖泊约为910万hm²，其中85％有不同程度的富营养化现象，50％的湖面出现中度以上的富营养化，使水体生态系统受到毁灭性的打击。为了满足人类社会可持续发展的需要和实现人与自然的和谐发展，受污染水体修复的研究和实践成为当前热点问题。

对于污染水体的治理技术有多种，从治理的方式来看，主要分为三大类：物理治理方法、化学治理方法以及生物和生态治理方法。物理方法主要有截污(控制外源)、底泥疏梭、曝气复氧以及引水调水等技术。例如2007年为了缓解蓝藻暴发引发的供水危机，直接从长江调了27亿m³水进入太湖。化学方法主要是通过向水体投加化学药剂以及其他絮凝沉淀剂等，达到降低水体COD，去除水体中的氮、磷、重金属、藻类的目的。生物和生态修复技术主要有微生物治理技术、人工湿地技术、植物修复技术等。

其中吸附法因容易制备、成本低、吸附效果好而被大规模使用。常用的吸附材料有活性炭、壳聚糖等高分子吸附剂、微生物吸附剂、矿物类吸附剂等。但是绝大多数吸附剂都只适用于特定的场合，例如中国发明专利CN201210233052.4报道了一种以纳米电气石、纳米二氧化钛、改性沸石、蒙脱石为主要成分，并负载复合菌的生物水体修复剂，主要用于修复水产养殖水质；中国发明专利201210091217.9报道了一种除磷载铁活性炭吸附剂，主要用于有效去除铁盐以及水体无机磷污染物；中国发明专利CN201210196736.1采用改性蒙脱土、活性碳、电气石为原料制备了一种多介质生物滤料；中国发明专利201310033193.6报道了一种石墨烯-低聚3-氨丙基三乙氧基硅烷复合材料用于吸附重金属；中国发明专利200910265063.9报道了一种用于制革废水处理的改性凹土吸附剂。能够适用于多场合的吸附材料目前还未见报道。

发明内容

本发明针对传统吸附材料只能适用于单一场合的不足，采用纳米电气石、改性活性炭、改性氧化石墨烯、纳米凹土等纳米级材料和树脂材料复配，具有极大的比表面积、精细的三维结构和合适的表面吸附电荷，可作为微生物膜载体，发展出数量巨大、物种丰富、活性极高的微生物群落，并通过微生物的代谢作用高效降解废水中的有机污染物。同时本发明作为一种吸附材料，也可以有效吸附污水中的重金属、悬浮物。

本发明通过下述技术方案予以实现：

(1)制备纳米电气石：以天然电气石原料，通过粉碎加工而成，粒度为8000-10000目；

(2)制备改性活性炭：采用0.1-10.0mol／L盐酸浸泡粉末活性炭1～24h，用去离子水洗净，然后在温度300-500℃的马弗炉中处理5-20h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为1％-20％的凹土溶液，加入质量分数为3％-5％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌30-240min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为1％-4％氧化石墨和1％-4％的交联剂放入烧杯中加入去离子水，超声2-4h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，其中交联剂为乙二醛、戊二醛、二缩水甘油醚中的一种或多种，配置1-20g／L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入端氨基超支化聚合物，其中端氨基超支化聚合物与氧化石墨烯的质量比为1：10-10：1，超声反应1-5h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为30～55％的纳米电气石，20～35％的改性活性炭；10～20％的纳米凹土；8～22％的改性氧化石墨烯；1～5％的合成树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料，其中树脂为丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。

端氨基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献：张峰，陈宇岳，张德锁，华琰蓉，赵兵.端氨基超支化聚合物及其季铵盐的制备与性能[J].高分子材料科学与工程，2009，25(8)：141-144；CN200710020794.8一种超支化活性染料无盐染色助剂；Coloration technology，2007，123(6)：351-357；AATCC REVIEW,2010，10(6)：56-60；BIOMACROMOLECULES，2010，11(1)：245-251；CHEMICAL RESEARCH IN CHINESE UNIVERSITIES，2005，21(3)：345-354。将52mL二乙烯三胺置于250mL三口烧瓶中冰水浴冷却，在N₂保护下用恒压漏斗慢慢滴加43mL丙烯酸甲酯和100mL甲醇的混合溶液，滴加完毕后在常温下反应4h。然后转移至旋转蒸发仪茄形烧瓶中减压除去甲醇，然后升温至150℃继续减压反应4h，停止反应，得到粘稠淡黄色端氨基超支化合物。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

(1)制备纳米电气石：以天然电气石原料，通过粉碎加工而成，粒度为8000目；

(2)制备改性活性炭：采用2mol／L盐酸浸泡粉末活性炭4h，用去离子水洗净，然后在温度300℃的马弗炉中处理10h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为3％的凹土溶液，加入质量分数为3％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌120min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为1％的氧化石墨和2％的戊二醛放入烧杯中加入去离子水，超声2h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，配置5g/L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入5g／L的端氨基超支化聚合物，超声反应1h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为30％的纳米电气石，30％的改性活性炭；20％的纳米凹土；15％的改性氧化石墨烯；5％的丙烯酸树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料。

实施例2：

(1)制备纳米电气石：以天然电气石原料，通过粉碎加工而成，粒度为9000目；

(2)制备改性活性炭：采用4mol／L盐酸浸泡粉末活性炭2h，用去离子水洗净，然后在温度400℃的马弗炉中处理10h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为5％的凹土溶液，加入质量分数为4％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌60min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为4％的氧化石墨和2％的乙二醛放入烧杯中加入去离子水，超声2h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，配置10g/L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入5g／L的端氨基超支化聚合物，超声反应2h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为40％的纳米电气石，33％的改性活性炭；13％的纳米凹土；12％的改性氧化石墨烯；2％的聚氨酯树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料。

实施例3：

(1)制备纳米电气石：以天然电气石原料，通过粉碎加工而成，粒度为10000目；

(2)制备改性活性炭：采用1mol／L盐酸浸泡粉末活性炭24h，用去离子水洗净，然后在温度500℃的马弗炉中处理20h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为15％的凹土溶液，加入质量分数为5％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌240min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为4％的氧化石墨和3％的二缩水甘油醚放入烧杯中加入去离子水，超声4h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，配置10g／L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入10g/L的端氨基超支化聚合物，超声反应3h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为55％的纳米电气石，20％的改性活性炭；10％的纳米凹土；14％的改性氧化石墨烯；1％的丙烯酸树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料。

实施例4：

(2)制备改性活性炭：采用7mol／L盐酸浸泡粉末活性炭15h，用去离子水洗净，然后在温度500℃的马弗炉中处理15h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为8％的凹土溶液，加入质量分数为3％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌140min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为3％的氧化石墨和1％的戊二醛放入烧杯中加入去离子水，超声4h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，配置15g／L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入5g／L的端氨基超支化聚合物，超声反应4h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为30％的纳米电气石，25％的改性活性炭；20％的纳米凹土；22％的改性氧化石墨烯；3％的丙烯酸树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料。

实施例5：

(2)制备改性活性炭：采用6mol／L盐酸浸泡粉末活性炭12h，用去离子水洗净，然后在温度500℃的马弗炉中处理10h；

(3)制备纳米凹土：配制质量分数为7％的凹土溶液，加入质量分数为4％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌200min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土；

(4)制备改性氧化石墨烯：采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为4％的氧化石墨和2％的戊二醛放入烧杯中加入去离子水，超声4h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，配置10g／L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入10g／L的端氨基超支化聚合物，超声反应5h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末；

(5)将重量百分比为40％的纳米电气石，27％的改性活性炭；10％的纳米凹土；22％的改性氧化石墨烯；1％的丙烯酸树脂复配即可制得本发明所述的用于水污染治理的纳米吸附材料。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于：由纳米电气石、改性活性炭、纳米凹土、改性氧化石墨烯和合成树脂复配而成，各部分的重量百分比为：纳米电气石30～55％；改性活性炭20～35％；纳米凹土10～20％；改性氧化石墨烯8～22％；和合成树脂1～5％。

2.根据权利要求1所述的一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于，所述的纳米电气石是以天然电气石原料，通过粉碎加工而成，粒度为8000-10000目。

3.根据权利要求1所述的一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于，所述的改性活性炭采用下面的步骤制备而成：采用0.1-10.0mol／L盐酸浸泡粉末活性炭1～24h，用去离子水洗净，然后在温度300-500℃的马弗炉中处理5-20h。

4.根据权利要求1所述的一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于，所述的纳米凹土采用下面的步骤制备而成：配制质量分数为1％-20％的凹土溶液，加入质量分数为3％-5％的六偏磷酸钠水溶液中，超声搅拌30-240min使其充分分散，自然静置，取上层悬浮液过滤、烘干、研磨，制得纳米凹土。

5.根据权利要求1所述的一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于，所述的改性氧化石墨烯采用下面的步骤制备而成：

(1)采用Hummers法制得氧化石墨，将质量分数为1％-4％氧化石墨和1％-4％的交联剂放入烧杯中加入去离子水，超声2-4h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，其中交联剂为乙二醛、戊二醛、二缩水甘油醚中的一种或多种；

(2)配置1-20g／L的氧化石墨烯溶液，溶剂为二甲基亚砜DMSO，加入端氨基超支化聚合物，其中端氨基超支化聚合物与氧化石墨烯的质量比为1：10-10：1，超声反应1-5h，高速离心、沉淀、干燥得到改性氧化石墨烯粉末。

6.根据权利要求1所述的一种用于水污染治理的纳米吸附材料，其特征在于，所述的树脂为丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。