CN110898816A - 一种污水处理用含碳材料组合物及负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维 - Google Patents

一种污水处理用含碳材料组合物及负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污水处理材料制备技术领域，具体公开了一种污水处理用含碳材料组合物及负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维。所述的污水处理用含碳材料组合物，包含如下重量份的组分：硅藻土40～60份、壳聚糖5～10份、硫酸镁5～10份、碳材料1～5份；聚丙烯酰胺20～40份。所述的污水处理用含碳材料组合物具有优异的污水处理能力。尤其是，本发明提供的负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维；其将污水处理用含碳材料组合物和粘胶基活性碳纤维粘胶基活性碳纤维完美的结合，具有更强的污水处理能力。

Description

一种污水处理用含碳材料组合物及负载有污水处理用含碳材 料组合物的粘胶基活性碳纤维
技术领域
本发明涉及污水处理材料制备技术领域，具体涉及一种污水处理用含碳材料组合物及负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维。
背景技术
生活污水是居民日常生活中排出的废水，如住宅、学校、商店、公共场排出来的废水；生活污水所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮等)，导致污水中BOD和COD较高。如果生活污水未得到及时处理，其中的有机物容易腐化而产生恶臭。
现有技术中虽然存在很多污水处理药剂，但大部分污水处理药剂组成复杂，生产成本高，且污水处理效果难以满足更高的要求，其污水处理效果有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种污水处理用含碳材料组合物。所述的污水处理用含碳材料组合物具有高效的污水处理效果。
本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种污水处理用含碳材料组合物，包含如下重量份的组分：硅藻土 40～60 份、壳聚糖5～10份、硫酸镁 5～10份、碳材料 1～5份；聚丙烯酰胺20～40份。
优选地，所述的污水处理用含碳材料组合物，包含如下重量份的组分：硅藻土 50～60份、壳聚糖 8～10份、硫酸镁 8～10份、碳材料 3～5份；聚丙烯酰胺 30～40份。
最优选地，所述的污水处理用含碳材料组合物，包含如下重量份的组分：硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；聚丙烯酰胺30份。
优选地，所述的聚丙烯酰胺选用阳离子聚丙烯酰胺。
优选地，所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于Fe(NO3)3溶液中超声分散30～60min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在200～240℃下反应 10～15hh，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在惰性气体保护下，于900～1100℃下煅烧2～3h，然后经洗涤干燥后即得所述的碳材料。
进一步优选地，步骤(1)中Fe(NO3)3溶液的浓度为0.8～1.2mol/L。
最优选地，步骤(1)中Fe(NO3)3溶液的浓度为1.0mol/L。
进一步优选地，步骤(1)中将高岭石置于Fe(NO3)3溶液中超声分散40min。
进一步优选地，步骤(2)中铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：50～80g：250～500mL。
最优选地，步骤(2)中铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g： 60g：300mL。
进一步优选地，步骤(2)中在220℃下反应12h。
最优选地，步骤(3)中将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于1000℃下煅烧2.5h，然后经洗涤干燥后即得所述的碳材料。
本发明提供一种上述含碳材料的组合物在污水处理中的应用。
优选地，所述的污水为生活污水。
本发明还提供一种负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维，其通过如下方法制备得到：
将上述污水处理用含碳材料组合物分散在水中形成分散液；然后放入粘胶基活性碳纤维在超声条件下浸泡8～12h，取出粘胶基活性碳纤维干燥后即得负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维。
优选地，污水处理用含碳材料组合物与水的用量比为1g：5～10mL。
有益效果：本提供了一种全新组成的污水处理用含碳材料组合物，所述的污水处理用含碳材料组合物组成简单，通过在硅藻土、壳聚糖、硫酸镁、以及聚丙烯酰胺中加入少量碳材料即可实现高效的污水处理效果；所述的碳材料是通过全新方法制备得到，其具有优异的污水处理能力；在本发明所述组合物中，加入本发明全新方法制备得到的碳材料，相比加入其它碳材料，可以大幅提高污水处理能力。尤其是，本发明提供的负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维；其将污水处理用含碳材料组合物和粘胶基活性碳纤维完美的结合，具有更强的污水处理能力。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；阳离子聚丙烯酰胺30份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于1.0mol/L的Fe(NO3)3溶液中超声分散40min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在220℃下反应12h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；其中，铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：60g：300mL；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于1000℃下煅烧2.5h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
实施例2污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土60份、壳聚糖5份、硫酸镁5份、碳材料5份；阳离子聚丙烯酰胺40份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于1.0mol/L的Fe(NO3)3溶液中超声分散40min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在220℃下反应12h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；其中，铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：60g：300mL；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于1000℃下煅烧2.5h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
实施例3污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土40份、壳聚糖10份、硫酸镁10份、碳材料2份；阳离子聚丙烯酰胺20份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于1.0mol/L的Fe(NO3)3溶液中超声分散40min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在220℃下反应12h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；其中，铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：60g：300mL；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于1000℃下煅烧2.5h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
实施例4污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；阳离子聚丙烯酰胺30份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于0.8mol/L的Fe(NO3)3溶液中超声分散60min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在200℃下反应15h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；其中，铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：50g：400mL；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于900℃下煅烧3h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
实施例5污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；阳离子聚丙烯酰胺30份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于1.2mol/L的Fe(NO3)3溶液中超声分散30min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在240℃下反应10h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；其中，铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：80g：500mL；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在氮气保护下，于1100℃下煅烧2h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
对比例1污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；阳离子聚丙烯酰胺30份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；所述的碳材料选用活性炭。
对比例2污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土50份、壳聚糖8份、硫酸镁8份、碳材料4份；阳离子聚丙烯酰胺30份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；所述的碳材料选用石墨烯。
对比例3污水处理用含碳材料组合物的制备
按重量份称取硅藻土40份、壳聚糖10份、硫酸镁10份、碳材料2份；阳离子聚丙烯酰胺20份混合均匀即得所述的污水处理用含碳材料组合物；
所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)在水中加入高岭石以及多巴胺，在220℃下反应12h，得多巴胺-高岭石；其中，高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：60g：300mL；
(2)将多巴胺-高岭石在氮气保护下，于1000℃下煅烧2.5h，然后经洗涤(先用1mol/L的盐酸洗涤，然后再用水洗涤)干燥后即得所述的碳材料。
对比例3与实施例1的区别在于，直接将高岭石与多巴胺反应制备碳材料，而不经高岭铁离子修饰步骤。
实验例
取某城市污水，检测其CODcr为1570mg/L，BOD5为912mg/L，SS为1352 为mg/L，NH3-N为82mg/L；将污水分成8份，每份10t，每份按污水重量0.5‰的用量添加实施例1～5以及对比例1～3制备得到的污水处理用含碳材料组合物；添加污水处理用含碳材料组合物后搅拌反应30min，然后测试反应后污水中的 CODcr、BOD5、SS以及NH3-N；并计算去除率(％)；结果具体见表1。
表1.污水处理用含碳材料组合物污水处理能力
Figure BDA0002271913630000041
从实施例1～5制备得到的污水处理用含碳材料组合物对CODcr、BOD5、SS 以及NH3-N的去除率数据可以看出，实施例1～5制备得到的污水处理用含碳材料组合物其具有非常优异的去除污水中CODcr、BOD5、SS以及NH3-N的能力；这说明本发明由硅藻土、壳聚糖、硫酸镁、聚丙烯酰胺以及碳材料制成的污水处理用含碳材料组合物可以用于污水处理，并可以取得优异的污水处理效果。
从对比例1和2含碳材料的组合物的实验数据可以看出，其对CODcr、BOD5、 SS以及NH3-N的去除率远远低于实施例1污水处理用含碳材料组合物；这说明，在硅藻土、壳聚糖、硫酸镁、聚丙烯酰胺中加入普通的碳材料形成的组合物并不能获得优异的污水的处理效果；而加入本发明由本发明全新方法制备得到的碳材料后相比普通材料，大幅提高了污水处理效果。这说明本发明全新方法制备得到的碳材料相比普通的碳材料而言，具有更加优异的吸附能力。
从对比例3污水处理用含碳材料组合物的实验数据可以看出，其对CODcr、 BOD5、SS以及NH3-N的去除率远远低于实施例1污水处理用含碳材料组合物；这说明在制备碳材料必须先将高岭石用铁离子进行修饰，然后再与多巴胺反应制备得到的碳材料才具备优异的污水处理能力。这可能是由于高岭石经Fe(NO3)3处理后得到的铁离子修饰的高岭石一方面提高了高岭石内部的孔径，另一方面增加了高岭石表面与碳材料前体的结合能力，从而使得制备得到的材料具有更多的孔径与比表面积以及与碳材料更牢固的结合能力，协同发挥了高岭石与碳材料的吸附能力。
实施例6负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维的制备
将实施例1制备得到的污水处理用含碳材料组合物分散在水中(污水处理用含碳材料组合物与水的用量比为1g：8mL)形成分散液；然后放入粘胶基活性碳纤维在超声条件下浸泡10h，取出粘胶基活性碳纤维干燥后即得负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维。

Claims (10)

1.一种污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，包含如下重量份的组分：硅藻土 40～60份、壳聚糖 5～10份、硫酸镁 5～10份、碳材料 1～5份；聚丙烯酰胺 20～40份。
2.根据权利要求1所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，包含如下重量份的组分：硅藻土 50～60份、壳聚糖 8～10份、硫酸镁 8～10份、碳材料 3～5份；聚丙烯酰胺30～40份。
3.根据权利要求2所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，包含如下重量份的组分：硅藻土 50份、壳聚糖 8份、硫酸镁 8份、碳材料 4份；聚丙烯酰胺 30份。
4.根据权利要求1所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，所述的聚丙烯酰胺选用阳离子聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，所述的碳材料通过如下方法制备得到：
(1)将高岭石置于Fe(NO3)3溶液中超声分散30～60min，得铁离子修饰的高岭石；
(2)在水中加入铁离子修饰的高岭石以及多巴胺，在200～240℃下反应10～15h，得多巴胺-铁离子修饰的高岭石；
(3)将多巴胺-铁离子修饰的高岭石在惰性气体保护下，于900～1100℃下煅烧2～3h，然后经洗涤干燥后即得所述的碳材料。
6.根据权利要求5所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，步骤(1)中Fe(NO3)3溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；最优选地，步骤(1)中Fe(NO3)3溶液的浓度为1.0mol/L。
7.根据权利要求5所述的污水处理用含碳材料组合物，其特征在于，步骤(2)中铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：50～80g：250～500mL；最优选地，步骤(2)中铁离子修饰的高岭石、多巴胺以及水的用量比为1g：60g：300mL。
8.权利要求1～7任一项所述的污水处理用含碳材料组合物在污水处理中的应用；所述的污水为生活污水。
9.一种负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维，其特征在于，通过如下方法制备得到：
将权利要求1～8任一项所述的污水处理用含碳材料组合物分散在水中形成分散液；然后放入粘胶基活性碳纤维在超声条件下浸泡8～12h，取出粘胶基活性碳纤维干燥后即得负载有污水处理用含碳材料组合物的粘胶基活性碳纤维。
10.根据权利要求9所述的粘胶基活性碳纤维，其特征在于，污水处理用含碳材料组合物与水的用量比为1g：5～10mL。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112624405A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 张倩茹 一种用于含油废水处理的净水胶囊

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