CN110465263A - 一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及制备方法及应用 - Google Patents

一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及制备方法及应用，该制备方法主要包括硅藻土的预处理，碳纳米管的超声分散，再使碳纳米管和硅藻土搅拌均匀混合一段时间，经过过滤，烘干，得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。本发明通过使碳纳米管嵌套在硅藻土中，提高了碳纳米管的分散性，增大了碳纳米管的实际利用比表面积，得到了兼具介孔和大孔结构的多孔材料，可作为去除废水中有机物的吸附剂，具有良好的应用前景。

Description

一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及制备方法及应用
技术领域
本发明属于水处理吸附材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及制备方法及应用，用于去除油气田开采过程中废水水体中有机物，尤其在页岩气压裂返排液上的应用。
背景技术
有机物是水中重要的污染物，工业行业排放工业废水中含有大量的有机物，且复杂多样的，都不是单一的有机物，其中大部分为挥发性有机物，如石油加工、焦化、塑料制造、化学纤维等很多工业行业排放的废水中都含有多种挥发性有机物。尤其页岩气压裂返排液中含有多种复杂挥发性有机物，如何处理页岩气压裂返排液在储水池存放阶段以及后期蒸发处理过程冷凝水中的低分子挥发性有机物是目前页岩气废水处理过程的难题。国内外治理页岩气压裂返排液的主要方法有物理法、化学法和生物法等。
物理处理技术包括吸附法，吸附去除有机物主要是指利用固体吸附剂的物理和化学吸附性能，通过富集有机物至吸附剂中达到去除或降低水中有机物的过程。现阶段的吸附剂种类有很多，有多孔吸附材料(活性炭、吸附树脂、活性铝、硅胶、沸石、膨润土、硅藻土等)，无孔吸附材料(纤维材料、生物材料、矿物材料)，纳米吸附材料(碳纳米管、石墨烯和富勒烯、二氧化钛纳米管)等。采用吸附剂混合压裂返排液，在多孔物质表面其中的一种或多种污染物被吸附而去除。
硅藻土是一种具有多孔性的生物硅质岩，其主要成分是SiO2。硅藻土具有独特的微孔结构，硅藻土的孔隙均匀分布，具有高度发达的大孔(480nm)(如图2)，渗透性和吸附性良好，具有较强的吸附能力，且在自然界中大量存在，价格低廉，在环境治理方面具有很好的应用前景。碳纳米管作为一种新型的纳米材料，因其丰富的纳米空隙结构和巨大的比表面积，而具有优良的吸附性能，现在已经开始在有机废水处理方面得到越来越多的研究及应用，原始的多壁碳纳米管具有光滑的表面，其中大部分是管状弯曲的，并且具有微米尺寸的长度并且彼此缠结以形成大量的附聚物(如图3)。但两种材料都有其局限性：硅藻土单一的孔结构和较低的比表面积，使其吸附性能仍具有一定的局限性，吸附率低；碳纳米管因着其特定的结构，在水溶液中分散性很差，极易发生团聚，吸附后悬浮于溶液中，增加分离难度，并未利用所有比表面积用于吸附，限制了其吸附效果，并且碳纳米材料价格昂贵，吸附成本高。
另外，碳纳米管对污染物的吸附虽然会改变污染物的环境，也在存着由于工程上的大量应用而导致广泛存在于环境中，容易带来第二次污染。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料及其制备方法与应用，纳米复合材料能够有效地吸附页岩气压裂返排液中低分子量挥发性有机物，材料吸附速率快，吸附效果好，吸附物种类多，制备工艺简单；用于去除水体中有机物。
解决以上技术问题的本发明中的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：包括碳纳米管和硅藻土，质量份的碳纳米管：硅藻土＝1：4.5-5.5。
所述质量份的碳纳米管：硅藻土＝1：5。
通过优化制备过程中硅藻土碳纳米管的质量比，并不是碳纳米管加的量越多越好，最多镶嵌进20％的碳纳米管，若加入更多的碳纳米管，会使多于的碳纳米管直接暴露于水中的污染物中，这将增加吸附后吸附剂的分离难度。
所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，内径为5-10nm，外径为20-40nm，长度为10-30μm。
从孔径大小考虑，碳纳米管为介孔材料，硅藻土为大孔材料，做出的高效吸附剂兼有介孔和大孔，可提高对挥发性有机物的吸附性能。
所述碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管。选用羧基化多壁碳纳米管，是由于其表面带负电，与带正电荷的硅藻土可靠静电吸引力结合在一起。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
所述硅藻土为改性硅藻土，具体改性步骤为：所述硅藻土为改性硅藻土，即取质量浓度为45-55％的硫酸浸泡硅藻土，浸泡时间为3.5-4.5h，优化方案中硫酸50％，浸泡时间为4h。硅藻土与硫酸重量比为1：18-22，优化方案中硅藻土与硫酸重量比为1：20。
本发明中一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用硫酸对硅藻土进行预处理，以去除孔道和表面的杂质，并使硅藻土表面带上正电荷，烘干备用。
(2)加碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：45-55，用30-50kHZ，50W/L的超声对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液；优化方案中重量份的碳纳米管：纯水＝1：50。
碳纳米管的分散效果随着超声功率的增加而增强，超过500W继续增加时，又会使碳纳米管被震碎，破坏碳纳米管的结构。
(3)再加入步骤(1)中的硅藻土混合，放入旋转蒸发系统中加热回流12-24h；
(4)离心真空干燥，即得。
所述硫酸溶液质量浓度为50％。
所用酸的浓度过低时，酸与硅藻土中的Fe2O3、Al2O3、MgO等杂质反应不充分，去除杂质的效果不佳；而酸的浓度过高时，会使部分孔溶解，导致孔坍塌，反而使比表面积减小。酸预处理后的硅藻土孔道分布均匀，比表面积增大。
所述步骤(3)中放入旋转蒸发系统中在100-110℃下加热回流，旋转速度为：180-220r/min；使悬浮液中的水分不断挥发，一边旋转混合吸附剂，一边使得溶剂挥发。
所述步骤(4)中离心条件为：2000-3000r/min，4-6min；真空度为-60kPa,干燥温度为60-80℃,干燥时间约为23-25h。真空干燥箱干燥，是为了在绝氧的情况下防止吸附剂反应从而破坏碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的结构形貌。
所述步骤(1)和步骤(2)之间还有洗涤步骤，即酸浸泡后的硅藻土用纯水洗涤至pH值为4，烘干备用。
本发明中对页岩气压裂返排液的吸附条件为：pH值为5-6时，对低分子量挥发性有机物的去除效果最佳。而页岩气压裂返排液pH为7-8，将硅藻土用纯水洗到pH值为4，刚好用投加的吸附剂材料调溶液的pH值。节省了吸附时调节pH的药剂成本和步骤，又在纯水洗涤过程中减少了用水量。
本发明中一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的应用，为在去除废水有机物中的应用，按照吸附材料与COD的浓度比为1-2的比例投加吸附剂；优化方案中为在去除页岩气压裂返排液低分子量挥发性有机物中的应用。
本发明中通过硅藻土的酸预处理，碳纳米管的超声分散，然后将其干燥的硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流，离心后干燥得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。硅藻土作为容器，把碳纳米管镶嵌进硅藻土孔道中，提高碳纳米管的分散性，增大了碳纳米管的实际利用比表面积，兼具碳纳米管、硅藻土和碳纳米管硅藻土镶嵌形成的新孔径、兼具介孔和大孔结构的多孔级材料(如图1)，在不改变碳纳米管的结构上，提高吸附效果，对水中有机物进行良好的吸附，具有良好的应用前景。材料吸附速率快，吸附效果好，有效去除页岩气压裂返排液中低分子量挥发性有机物。
本发明中吸附材料使用方法可采用静态吸附，加入吸附剂后进行恒温气浴振荡，再接着离心提取上清液。按照吸附材料与COD的浓度比为1-2的比例投加吸附剂的量。其中吸附过程中恒温气浴的温度35℃，振荡的频率为120r/min，振荡时间为20-30min，离心的条件：3000r/min下离心5min。
附图说明
图1为本发明中吸附材料孔径分布图
图2为本发明中硅藻土SEM图
图3为本发明中碳纳米管SEM图
图4为本发明中吸附材料SEM图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例针对碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备及其在四川长宁页岩气压裂返排液的吸附应用。页岩气压裂返排液水质为CODCr(用重铬酸钾为氧化剂测出的需氧量)＝1228mg/L，SS(固体悬浮物)＝166mg/L，pH＝7.6。
其处理步骤为：
(1)用质量浓度为50％的硫酸预处理硅藻土，将硅藻土侵入硫酸中在100r/min下搅拌4h，再用纯水洗到pH值为4，去掉上清液，残留部分放入102℃温度条件下烘干12h，将干燥后的硅藻土碾磨粉碎备用，硅藻土与硫酸重量比为1：20。
(2)加2％的碳纳米管至纯水中，用30kHZ、50W/L的超声2h，对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液。碳纳米管为多壁碳纳米管，内径为5-10nm，外径为20-40nm，长度为10-30μm。
(3)硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流12h，旋转蒸发系统中温度105℃，旋转速度为：210r/min。
(4)取出在2000r/min下离心5min后再在60℃的真空干燥箱下干燥24h得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。
加入4g/L的吸附剂到页岩气压裂返排液中，在25℃下150r/min振荡10min。CODCr去除率为78.73％，SS去除率为99.53％。通过GC-MS表征，主要去除的有机物是低分子量挥发性有机物。
再分别加入2g/L的硅藻土、羧基化碳纳米管、碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料到2L页岩气压裂返排液中，在25℃下150r/min振荡10min。所得的实验结果如下表1所示：
表1不同吸附剂对页岩气压裂返排液的处理效果
COD去除率(％) 吸附平衡时(min)
硅藻土 18.03 120
羧基化碳纳米管 40.35 30
本发明吸附材料 64.52 20
实施例2
本实施例针对碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备及其在四川长宁页岩气压裂返排液的吸附应用。页岩气压裂返排液水质为CODCr＝790mg/L，SS＝104mg/L，pH＝7.2。
其处理步骤为：
(1)利用45％的硫酸预处理硅藻土，将硅藻土侵入硫酸中在100r/min下搅拌4.5h，放入102℃温度条件下烘干12h，将干燥后的硅藻土碾磨粉碎备用。硅藻土与硫酸重量比为1：18-22。
(2)加碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：45，用30kHZ、50W/L的超声1.5h，对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液。碳纳米管为多壁碳纳米管，内径为5-8nm，外径为20-30nm，长度为10-20μm。
(3)硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流20h。放入旋转蒸发系统中在110℃下加热回流，旋转速度为：180r/min。
(4)取出在2000r/min下离心4min后再在60℃的真空干燥箱下干燥24h得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料
加入4g/L的吸附剂到页岩气压裂返排液中，在25℃下150r/min振荡10min。CODCr去除率为82.55％，SS去除率为99.72％。通过GC-MS表征，主要去除的有机物是低分子量挥发性有机物。
碳纳米管单独对有机物的去除效果较好，但其纳米结构(如图3)使得在溶液中分散性较差，吸附后悬浮于溶液中，增加分离难度。使碳纳米管镶套硅藻土(如图4)，硅藻土孔隙中的MWCNTs不均匀垂直嵌入，管体部分暴露于硅藻土外部的孔隙，并且在硅藻土的外表面上也存在一些分散的MWCNT，这种结合方式的结构使得吸附速率快，吸附效果好，有效去除页岩气压裂返排液中的低分子量挥发性有机物。从孔径大小考虑，碳纳米管为介孔材料，硅藻土为大孔材料(如图2)，做出的本发明中高效吸附剂兼有介孔和大孔，可提高对挥发性有机物的吸附性能，吸附效果随吸附投加量的增加先增加后趋于平衡，确定最实际投加量比例为：C(吸附剂)/C(CODCr)为1～2。
实施例3
本实施例针对碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备及其在气田水的吸附应用。废水水质为CODCr＝2008mg/L。其处理步骤为：
按以下步骤制备碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，具体步骤如下：用质量浓度为55％的硫酸对硅藻土进行预处理，硅藻土与硫酸重量比为1：22，以去除孔道和表面的杂质并使硅藻土表面带上正电荷，102℃温度条件下烘干12h备用。加碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：55，用50kHZ，50W/L的超声对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液。然后所得的硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流15h(旋转蒸发系统中温度105℃，旋转速度为：210r/min)。取出在3000r/min下离心5min后再在70℃的真空干燥箱下干燥24h得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。
分别加入4g/L的硅藻土、羧基化碳纳米管、碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料到2L气田水的中，在25℃下150r/min振荡10min。所得的实验结果如下表2所示：
表2不同吸附剂对气田水的处理效果
实施例4
本实施例针对碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备及其在生活污水的吸附应用。废水水质为CODCr＝388mg/L。其处理步骤为：
按以下步骤制备碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，具体步骤如下：用50wt％的硫酸对硅藻土进行预处理，硅藻土与硫酸重量比为1：20，以去除孔道和表面的杂质并使硅藻土表面带上正电荷，102℃温度条件下烘干12h备用。加2wt％的碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：50，用50kHZ，50W/L的超声对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液。然后所得的硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流13h(旋转蒸发系统中温度110℃，旋转速度为：200r/min)。取出在3000r/min下离心5min后再在80℃的真空干燥箱下干燥24h得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。
分别加入0.6g/L的硅藻土、羧基化碳纳米管、碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料到2L生活污水中，在25℃下150r/min振荡10min。所得的实验结果如下表3所示：
表3不同吸附剂对生活污水的处理效果
COD去除率(％) 吸附平衡时间(min)
硅藻土 26.18 120
羧基化碳纳米管 50.68 30
本发明吸附材料 77.38 18
实施例5
本实施例针对碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备及其在含油废水中的吸附应用。废水水质为CODCr＝5388mg/L。其处理步骤为：
按以下步骤制备碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，具体步骤如下：利用50wt％的硫酸对硅藻土进行预处理，硅藻土与硫酸重量比为1：20，以去除孔道和表面的杂质并使硅藻土表面带上正电荷，102℃温度条件下烘干12h备用。加2wt％的碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：50，用50kHZ，50W/L的超声对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液。然后所得的硅藻土与碳纳米管悬浮液混合，再放入旋转蒸发系统中加热回流24h(旋转蒸发系统中温度100℃，旋转速度为：220r/min)。取出在3000r/min下离心5min后再在60℃的真空干燥箱下干燥24h得到碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料。
分别加入8g/L的硅藻土、羧基化碳纳米管、碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料到2L含油废水中，在25℃下150r/min振荡10min。所得的实验结果如下表4所示：
表4不同吸附剂对含油废水的去除效果
本发明中吸附材料投入水后的物理性能
本发明中吸附材料投放废水中后分散性良好，吸附后易沉降。沉降后容易回收，能尽可能避免第二次环境污染。
试验一
其它条件相同，分别将2g/L的硅藻土、羧基化碳纳米管、本发明吸附材料加入到2L页岩气压裂返排液中，在25℃下150r/min振荡10min。所得的实验结果如下表5所示：
表5吸附前后的有机物质种类分析
以上表得到，本发明中吸附材料吸附有机物种类多，去除率高。
试验二
其它条件相同，废水中COD＝821.54mg/L,设实验组和对照组1-5，实验组为本发明中吸附材料，对照组1为硅藻土和碳纳米管(同时投放废水中)，对照组2和4为单独的硅藻土，对照给3和5为单独的碳纳米管，具体用量及效果如下：
实验组：投加复合材料1g/L，去除率为73.59％。
对照组1：硅藻土：0.8g/L，碳纳米管：0.2g/L，将硅藻土和碳纳米管同时投加入废水中，去除率为：45.38％。
对照组2：硅藻土0.8g/L，去除率20.56％。
对照组3：碳纳米管0.2g/L，去除率26.48％。
对照组4：硅藻土1g/L，去除率28.39％。
对照组5：碳纳米管1g/L，去除率42.36％。
从以上对比效果可以看出，本发明中吸附材料在去除COD上，有着非常好的吸附效果和COD去除率。
试验三
其它条件相同，废水中COD＝1368.52mg/L,各个原料不同用量时其去除COD的效果如下表6：
表6各个原料不同投加量下的吸附效果
页岩气压裂返排液废水中投入硅藻土、碳纳米管，以及本发明吸附材料并不是投入量越多，去除率就越高，投入量达到一定时，则效果不再上升，即不具备更多去除COD的能力。也意味着单独投入硅藻土或碳纳米管，或同时投入硅藻土和碳纳米管，COD去除率是达到一定限度就不再升高，无法达到高的去除率的目的。而本发明中吸附材料，突破最大投量上吸附能力的限制，使去除COD率大大提升。
另一方面也说明，一定废水量下，如果要具有本发明中吸附材料去除COD率，单独投入投入硅藻土或碳纳米管，或同时投入硅藻土和碳纳米管，是不能达到。
最佳用量下生产成本和去除COD率比较，如表7：
表7最佳用量时生产成本和去除COD率的比较
最佳用量下，一定废水量下，本发明吸附材料吸附效果好，相对用量小，且成本相对降低。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，上述实施例和说明书所描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：包括碳纳米管和硅藻土，质量份的碳纳米管：硅藻土＝1：4.5-5.5。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：所述质量份的碳纳米管：硅藻土＝1：5。
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，内径为5-10nm，外径为20-40nm，长度为10-30μm。
4.根据权利要求3所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：所述碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料，其特征在于：所述硅藻土为改性硅藻土，即取质量浓度为45-55％的硫酸浸泡硅藻土，浸泡时间为3.5-4.5h，优化方案中硫酸50％，浸泡时间为4h。
6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备方法，其特征在于：
(1)用硫酸对硅藻土进行预处理，以去除孔道和表面的杂质，并使硅藻土表面带上正电荷，烘干备用；
(2)加碳纳米管至纯水中，重量份的碳纳米管：纯水＝1：45-55，用30-50kHZ，50W/L的超声对碳纳米管进行分散得到碳纳米管悬浮液；
(3)加入步骤(1)中的硅藻土混合，放入旋转蒸发系统中加热回流12-24h；
(4)离心真空干燥，即得。
7.根据权利要求6所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中放入旋转蒸发系统中在100-110℃下加热回流，旋转速度为：180-220r/min。
8.根据权利要求6所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中离心条件为：2000-3000r/min，4-6min；真空度为-60kPa,干燥温度为60-80℃,干燥时间为23-25h。
9.根据权利要求6所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)之间还有洗涤步骤，即酸浸泡后的硅藻土用纯水洗涤至pH值为4，烘干备用。
10.根据权利要求1所述的一种碳纳米管嵌套硅藻土高效吸附材料的应用，其特征在于：为在去除废水有机物中的应用，按照吸附材料与COD浓度比为1-2的比例投加吸附剂；优化方案中为在去除页岩气压裂返排液低分子量挥发性有机物中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114621679A (zh) * 2022-02-22 2022-06-14 福建森垚环保科技有限公司 一种抗菌防霉负离子墙衣干粉及其制备方法
CN116354711A (zh) * 2023-05-30 2023-06-30 佛山市三水宏源陶瓷企业有限公司 一种具有氨净化功能的岩板及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574641A (zh) * 2009-06-15 2009-11-11 青岛大学 一种环境友好碳纳米管/海藻酸钠重金属离子吸附材料及其制备方法
CN103962094A (zh) * 2014-04-11 2014-08-06 北京工业大学 一种有序结构纳米γ-Al2O3化学修饰硅藻土吸附剂的制备方法
CN104310628A (zh) * 2014-08-22 2015-01-28 中国石油化工集团公司 一种水基压裂返排液再利用方法
US20150321168A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 University Of Notre Dame Du Lac Carbon nanotube ponytails
CN105688815A (zh) * 2016-03-22 2016-06-22 中国石油大学(华东) 一种多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制备方法
US20170044025A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Removal of benzene from water using aluminum oxide impregnated carbon nanotubes enhanced
CN106881071A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 营口渤海科技有限公司 一种改性活性炭/硅藻土吸附剂的制备方法
CN109092245A (zh) * 2018-08-24 2018-12-28 华南理工大学 一种硅藻土负载碳纳米管吸附剂及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101574641A (zh) * 2009-06-15 2009-11-11 青岛大学 一种环境友好碳纳米管/海藻酸钠重金属离子吸附材料及其制备方法
CN103962094A (zh) * 2014-04-11 2014-08-06 北京工业大学 一种有序结构纳米γ-Al2O3化学修饰硅藻土吸附剂的制备方法
US20150321168A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 University Of Notre Dame Du Lac Carbon nanotube ponytails
CN104310628A (zh) * 2014-08-22 2015-01-28 中国石油化工集团公司 一种水基压裂返排液再利用方法
US20170044025A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Removal of benzene from water using aluminum oxide impregnated carbon nanotubes enhanced
CN106881071A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 营口渤海科技有限公司 一种改性活性炭/硅藻土吸附剂的制备方法
CN105688815A (zh) * 2016-03-22 2016-06-22 中国石油大学(华东) 一种多壁碳纳米管-二氧化硅复合气凝胶的制备方法
CN109092245A (zh) * 2018-08-24 2018-12-28 华南理工大学 一种硅藻土负载碳纳米管吸附剂及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGWEN YU ET AL.: ""A novel adsorbent obtained by inserting carbon nanotubes into cavities of diatomite and applications for organic dye elimination from contaminated water"", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》 *
帖金鑫等: "多壁碳纳米管在农药残留检测中的应用进展", 《农产品加工》 *
贺琼等: "氧化石墨烯/硅藻土复合材料的制备及去除废水中亚甲基蓝的应用", 《化学世界》 *
陈光崔等: "《新材料概论》", 30 April 2013, 国防工业出版社 *
陈晓勤等: "《页岩气开发地面工程》", 30 November 2016, 华东理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114621679A (zh) * 2022-02-22 2022-06-14 福建森垚环保科技有限公司 一种抗菌防霉负离子墙衣干粉及其制备方法
CN116354711A (zh) * 2023-05-30 2023-06-30 佛山市三水宏源陶瓷企业有限公司 一种具有氨净化功能的岩板及其制备方法

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