CN109046300A - 一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，步骤包括：(1)改性碳纳米管的预处理；（2）聚多巴胺改性碳纳米管的制备；（3）利用改性碳纳米管从废水中吸附铜离子；（4）测试吸附前后铜离子的吸附量，评价改性碳纳米管的吸附性能。该方法简单、高效，适用于快速去除废水中的重金属铜离子。

Description

一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法
技术领域
本发明属于环境化学的应用领域，特别涉及废水中重金属离子的去除方法。
背景技术
随着工业的快速发展，重金属离子污染已经严重影响到人类社会生存和发展而成为世界关注的热点问题。环境中的铜离子很容易通过食物链进入人体中，会对人体健康造成严重的威胁，会引起头痛、呼吸困难、引起血管内溶血、损伤神经系统，基于这些危害，人们已经研究了很多种办法来治理铜离子废液。人们己经研究出了多种方式来去除铜离子，比如沉淀法、膜过滤、离子交换、电解法及吸附法，其中，吸附法是人们最常用的方法，这种方法操作简练，耗能少，费用低，最重要的是去除率高。吸附材料中的纳米材料具备很多吸附优势，因此备受青睐。
碳纳米管在有害物质吸附方面拥有传统材料不具有的大比表面积和高稳定性中空管状特殊结构，使其在废水处理及其他领域内拥有巨大应用价值，尤其在吸附重金属方面表现突出，同时被研究的也较多。为了对重金属离子更好地吸附、富集，研究人员利用碳纳米管表面易被修饰的特性对其进行改性处理，使其表面连接上特定的官能团，可对某些重金属有良好的吸附性能，这一类的应用研究日益受到重视并且已开展了多种修饰基团或聚合物对重金属吸附的研究。
多巴胺对材料的改性是基于其具有很好的粘附性，在有氧的弱碱性条件下会发生自氧化聚合，生成一种高分子一聚多巴胺粘附于基体表面。该种高分子同样具有多种活性基团，对阳性重金属离子有良好的吸附性。以碳纳米管为基础吸附材料，运用化学手段对其表面修饰改性，发展一种新型的吸附量高的重金属吸附材料具有潜在的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种去除废水中重金属铜离子的方法，该方法以多巴胺改性的碳纳米管作为吸附剂，采用静态吸附的方法，耗时较少，能够快速、高剂量的从废水中吸附重金属铜离子；本发明所使用的原材料价格低廉，所制得的改性碳纳米管具有较高的表面积，吸附能力强，具有后续相关应用的潜力。
本发明的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，包括：
（1）碳纳米管的预处理：取适量未改性碳纳米管于坩埚内，置于马弗炉中加热一定时间，除去无定型碳杂质，冷却，干燥保存备用；
（2）聚多巴胺改性碳纳米管：称取步骤（1）中的碳纳米管，超声处理，再称取一定量的多巴胺盐酸盐，置于Tris-HCl缓冲液中，室温磁力搅拌一定时间，经超纯水多次洗涤至中性，将洗涤完的改性碳纳米管于真空干燥箱中干燥8~12 h，备用。
所述步骤（1）中所述的马弗炉的温度为300~400℃。
所述步骤（1）中所述的加热时间为20~50 min。
所述步骤（2）中所述的碳纳米管的质量为1.0~3.0 g。
所述步骤（2）中所述的碳超声处理的时间为20~50 min。
所述步骤（2）中所述的碳多巴胺盐酸盐的质量为0.5~2.0 g。
所述步骤（2）中所述Tris-HCl缓冲液的浓度为：0.001~0.1 mol/L，pH值为6~9。
所述步骤（2）中所述室温搅拌的时间为：10~30 h。
有益效果
（1）本发明制备的聚多巴胺改性碳纳米管，操作简单，易于工业放大；
（2）本发明制备的聚多巴胺改性碳纳米管，能够快速、高剂量的从废水中吸附重金属铜离子。
附图说明
图1 为改性碳纳米管对铜离子的吸附量。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
聚多巴胺改性碳纳米管的制备，包括如下步骤：
（1）碳纳米管的预处理：取适量未改性碳纳米管于坩埚内，置于马弗炉中350℃加热30min，除去无定型碳杂质，冷却，干燥保存备用。
（2）聚多巴胺改性碳纳米管：称取步骤（1）中的碳纳米管2.0 g，超声处理30 min，再称取1.0 g多巴胺盐酸盐，置于0.01 mol/L的Tris-HCl (pH=8.5) 缓冲液中，室温 (25℃) 磁力搅拌24 h，经超纯水多次洗涤至中性，将洗涤完的改性碳纳米管于50 ℃真空干燥箱中干燥12 h，备用。
实施例2
改性碳纳米管对铜离子的吸附实验，包括如下步骤：
分别量取30 mg/L~400 mg/L的铜离子溶液100 mL于150 mL烧杯中，准确称取多份化0.05 g改性碳纳米管，放于烧杯中，调节pH为5，在室温下震荡3 h，然后检测吸附后的铜离子浓度，按下式计算吸附量qe。
qe =（C0-C1）V/m
式中， C0、Ct分别表示初始溶液中铜离子浓度(mg/L)，C1为振荡结束后水溶液内金属离子浓度(mg/L)， V为水溶液的体积 (L)，m 为改性碳纳米管的质量(g)。
图1反映了浓度对吸附的影响，改性碳纳米管的吸附量随着溶液中铜离子浓度的增大而增大，直至吸附达到平衡。当铜离子浓度较低时，吸附剂的吸附量较少，这可能是因为在低浓度下，改性碳纳米管上的吸附位点未被充分利用；而随着铜离子浓度的增加，吸附剂上非饱和状态的吸附位点继续和铜离子结合，从而使吸附量增大，直至吸附达到平衡。从图中我们还可以看出，吸附剂对铜离子的最大饱和吸附量为65.1 mg/g，说明本发明的吸附剂是这一种吸附容量大、高效的重金属离子吸附剂。

Claims (8)

1.一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，包括下列步骤：
（1）碳纳米管的预处理：取适量未改性碳纳米管于坩埚内，置于马弗炉中加热一定时间，除去无定型碳杂质，冷却，干燥保存备用；
（2）聚多巴胺改性碳纳米管：称取步骤（1）中的碳纳米管，超声处理，再称取一定量的多巴胺盐酸盐，置于Tris-HCl缓冲液中，室温磁力搅拌一定时间，经超纯水多次洗涤至中性，将洗涤完的改性碳纳米管于真空干燥箱中干燥8~12 h，备用。
2.根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述的马弗炉的温度为300~400℃。
3. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述的加热时间为20~50 min。
4. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述的碳纳米管的质量为1.0~3.0 g。
5. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述的碳超声处理的时间为20~50 min。
6. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述的碳多巴胺盐酸盐的质量为0.5~2.0 g。
7. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述Tris-HCl缓冲液的浓度为：0.001~0.1 mol/L，pH值为6~9。
8. 根据权利要求1所述的一种吸附重金属铜离子的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述室温磁力搅拌的时间为：10~30 h。
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