申请日2016.05.27
公开(公告)日2016.07.27
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/52
摘要
本发明提供了一种功能化的磁性碳纳米管复合材料、其制备方法及其在水处理中的应用，该复合材料包括：磁性铁氧化物修饰的碳纳米管和复合于所述碳纳米管上的聚合氯化铝。本发明所得产品综合了聚合氯化铝良好的混凝性能和碳纳米管独特的纳米效应，可同步高效去除水中腐殖酸和浊度。同时，在外加磁场作用下，本发明功能化磁性碳纳米管能与液体媒介快速分离，并可回收再生利用，成本低。实验结果表明，采用本发明提供的复合材料处理水，腐殖酸去除率可达99%，浊度去除率可达94%，去除效果可观，具有安全、经济、环保的特点;同时磁分离过程为后续回收再生创造了条件，成本低，不增加处理后的污泥量，在微污染水源水处理领域有广泛应用前景。
摘要附图
权利要求书
1.一种功能化的磁性碳纳米管复合材料，其特征在于，包括：
磁性铁氧化物修饰的碳纳米管;
和复合于所述碳纳米管上的聚合氯化铝。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述功能化的磁性碳纳米管复合材料中，C元素含量为50～70wt%，Al元素含量为2～5wt%，Fe元素含量为5～20wt%。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述功能化的磁性碳纳米管复合材料存在介孔结构。
4.一种功能化的磁性碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A)提供磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料;
B)利用微波将所述磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料与聚合氯化铝复合，得到功能化的磁性碳纳米管复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中利用微波复合具体为：
将包括所述磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料和聚合氯化铝的混合液在功率为600W的条件下，微波2～10min，得到功能化的磁性碳纳米管复合材料。
6.一种从水中去除腐殖酸和浊度的方法，包括以下步骤：
将待处理水利用化学试剂进行混凝，得到处理后的出水;
所述化学试剂为权利要求1～3任一项所述的功能化的磁性碳纳米管复合材料或权利要求4或5所述的制备方法制得的功能化的磁性碳纳米管复合材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待处理水中腐殖酸浓度为10～30mg/L，浊度为40～80NTU。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混凝在室温且pH值为4～7.5的条件下进行。
9.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，所述混凝的过程分三个阶段：第一阶段的搅拌速度为200～300r/min，时间为10～20s;第二阶段的搅拌速度为120～200r/min，时间为4～10min;第三阶段的搅拌速度为40～60r/min，时间为15～20min。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述化学试剂在混凝时分两次投加：第一次投加点为第一阶段搅拌开始前，第二次投加点为第二阶段搅拌的最后30s内;
所述化学试剂的单次投加量与待处理水的比例为(0.2～0.6)g：1000mL。
说明书
一种功能化的磁性碳纳米管复合材料、其制备方法及其在水处理中的应用
技术领域
本发明涉及功能性纳米材料技术领域，尤其涉及一种功能化的磁性碳纳米管复合材料、其制备方法及其在水处理中的应用。
背景技术
腐殖酸(或腐植酸)是一类广泛存在于自然界，如土壤、河流、湖泊的天然高分子有机物，其大分子的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。腐殖酸在水体中会产生令人不悦的颜色和气味，尤其是在氯消毒过程中，其与氯反应生成消毒副产物，具有致癌或致突变作用，对人体健康产生极大的危害。但饮用水的常规处理很难去除腐植酸，因此它的去除一直是饮用水净化处理的重点和难点。
目前，饮用水净化中去除腐殖酸的方法主要包括强化常规处理工艺、生物预处理、膜处理技术、高级氧化技术及吸附法等。其中，常规混凝技术对于有机物的去除率只有20～30%，且由于溶解性有机物的存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规水处理工艺对原水浊度的去除效果下降，去除率仅为50～60%。强化混凝工艺对有机物的去除效果有所提高，但存在一些问题，如增大混凝剂的投加量，使水处理系统产生的污泥量增加;对溶解性有机物的去除能力提高有限等。
而吸附法是一种高效、简便、节能的水处理技术，可吸附的物质范围很广，在水处理上适应性大，所以其是常用的方法。在吸附法水处理技术中，常用的吸附剂是活性炭，但其对腐殖酸的去除效果不太理想。碳纳米管是新型的吸附剂，具有巨大的比表面积，吸附能力强。但是，碳纳米管的价格通常较高，而且纳米材料与水分离困难，不能回收利用，这些都限制了碳纳米管在水处理领域中的广泛使用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种功能化的磁性碳纳米管复合材料、其制备方法及其在水处理中的应用，本发明提供的功能化的磁性碳纳米管材料可实现水中腐殖酸和浊度的同步高效去除，且便于回收利用，节省成本。
本发明提供一种功能化的磁性碳纳米管复合材料，包括：
磁性铁氧化物修饰的碳纳米管;
和复合于所述碳纳米管上的聚合氯化铝。
优选地，所述功能化的磁性碳纳米管复合材料中，C元素含量为50～70wt%，Al元素含量为2～5wt%，Fe元素含量为5～20wt%。
优选地，所述磁性铁氧化物包括Fe3O4和γ-Fe2O3。
优选地，所述功能化的磁性碳纳米管复合材料存在介孔结构。
本发明提供一种功能化的磁性碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A)提供磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料;
B)利用微波将所述磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料与聚合氯化铝复合，得到功能化的磁性碳纳米管复合材料。
优选地，所述步骤A)具体为：
在碱性条件下，将碳纳米管、二价铁盐和三价铁盐在水中混合反应，经陈化，得到磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料。
优选地，所述步骤B)中利用微波复合具体为：
将包括所述磁性铁氧化物修饰的碳纳米管材料和聚合氯化铝的混合液在功率为600W的条件下，微波2～10min，得到功能化的磁性碳纳米管复合材料。
本发明提供一种从水中去除腐殖酸和浊度的方法，包括以下步骤：
将待处理水利用化学试剂进行混凝，得到处理后的出水;
所述化学试剂为上文所述的功能化的磁性碳纳米管复合材料。
优选地，所述待处理水中腐殖酸浓度为10～30mg/L，浊度为40～80NTU。
优选地，所述混凝在室温且pH值为4～7.5的条件下进行。
优选地，所述混凝的过程分三个阶段：第一阶段的搅拌速度为200～300r/min，时间为10～20s;第二阶段的搅拌速度为120～200r/min，时间为4～10min;第三阶段的搅拌速度为40～60r/min，时间为15～20min。
优选地，所述化学试剂在混凝时分两次投加：第一次投加点为第一阶段搅拌开始前，第二次投加点为第二阶段搅拌的最后30s内;
所述化学试剂的单次投加量与待处理水的比例为(0.2～0.6)g：1000mL。
与现有技术相比，本发明提供的复合材料利用碳纳米管为支载骨架，对其以磁性铁氧化物修饰，再将聚合氯化铝复合于所形成的磁性碳纳米管上。本发明所得产品综合了聚合氯化铝良好的混凝性能和碳纳米管独特的纳米效应，可同步、高效去除水中腐殖酸和浊度。并且，在外加磁场的作用下，可使本发明功能化磁性碳纳米管与液体媒介快速分离，并可回收再生利用，成本低，从而解决了纳米材料回收困难的问题。实验结果表明，采用本发明提供的复合材料处理水，腐殖酸去除率可达99%，浊度去除率可达94%，去除效果可观，具有安全、经济、环保的特点;同时磁分离过程为后续回收再生创造了条件，节省成本，不增加处理后的污泥量，在微污染水源水处理领域有广泛的应用前景。
