申请日 20200706
公开（公告）日 20201103
IPC分类号 B01J20/20; B01J20/28; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种去除废水中稀有金属离子用吸附材料及其制备方法。其技术方案是：按照浓度为8～9g/L，将膨胀石墨置于混合酸中超声搅拌，固液分离，洗涤，干燥2～4h，制得羧基化膨胀石墨。按羧基化膨胀石墨∶R‑烯‑n‑胺的质量比为1∶(40～60)配料，混合，超声搅拌，油浴，洗涤，固液分离，干燥，研磨，得到改性后的膨胀石墨。按改性后的膨胀石墨∶聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为1∶(8～10)配料，混合，搅拌；将搅拌后得到的混合物均匀涂覆在钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管表面，干燥，制得去除废水中稀有金属离子用吸附材料。本发明工艺简单和合成条件温和，所制备的去除废水中稀有金属离子用吸附材料吸附容量大和循环使用效果好。
权利要求书
1.一种去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、按照浓度为8～9g/L，将膨胀石墨置于混合酸中，室温条件下超声搅拌3～5h，再用去离子水稀释，固液分离，洗涤至中性；然后于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥2～4h，制得羧基化膨胀石墨；
步骤二、按所述羧基化膨胀石墨∶R-烯-n-胺的质量比为1∶(40～60)，将所述羧基化膨胀石墨和所述R-烯-n-胺混合，室温条件下超声搅拌20～40min；然后在通风橱中于120～130℃条件下敞口油浴3～5h，用去离子水洗涤至中性，固液分离；再于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥2～4h，研磨至粒径为100～500μm，得到改性后的膨胀石墨；
步骤三、按所述改性后的膨胀石墨∶聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为1∶(8～10)，将所述改性后的膨胀石墨和所述聚偏氟乙烯粘结剂混合，用磁力搅拌器搅拌3～5分钟；得到改性后的膨胀石墨和聚偏氟乙烯粘结剂的混合物，然后将所述混合物均匀涂覆在钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管表面，再于40～60℃和真空度小于200Pa的条件下干燥12～13h，制得去除废水中稀有金属离子用吸附材料。
2.根据权利要求1所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，其特征在于所述混合酸的合成方法是：按质量分数为60～70％的HNO3∶质量分数为80～98％的H2SO4的体积比为1∶(2.5～3.5)，将所述质量分数为60～70％的HNO3和所述质量分数为80～98％的H2SO4混合，即得混合酸。
3.根据权利要求1所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，其特征在于所述钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管的制备方法是：先将泡沫金属镍钛基骨架纳米管用丙酮溶液洗涤3～5次，用去离子水洗涤至中性，然后浸泡于质量分数为60～70％的硝酸溶液中5～10min，再用去离子水洗涤至中性，烘烤至表面泛黄，即得钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管；
所述丙酮溶液为分析纯。
4.根据权利要求1所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，其特征在于所述聚偏氟乙烯粘结剂的制备方法是：先将聚偏氟乙烯粉末于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥3～5h，得到干燥后的聚偏氟乙烯粉末；然后按干燥后的聚偏氟乙烯粉末∶N-甲基吡咯烷酮的质量比为1∶(15～25)，将干燥后的聚偏氟乙烯粉末与所述N-甲基吡咯烷酮混合，即得聚偏氟乙烯粘结剂。
5.根据权利要求1所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，其特征在于所述R-烯-n-胺中：R表示取代基团，R为C2、C4、C6……；n表示氨基个数，n为大于零的自然数。
6.一种去除废水中稀有金属离子用吸附材料，其特征在于所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料是根据权利要求1～5项中任一项所述去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法所制备的去除废水中稀有金属离子用吸附材料。
说明书
一种去除废水中稀有金属离子用吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于去除废水中稀有金属离子用材料技术领域。具体涉及一种去除废水中稀有金属离子用吸附材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着社会经济的高速发展，人们对稀有金属的需求量日益增长，与此同时，也排放出大量的含有稀有金属离子的废水，这些废水若直接排放至环境中不仅会引发严重的环境问题且会造成稀有金属的流失。
现有的处理含有稀有金属离子的废水用合成材料尚无法满足生产和生活条件的需要，如“一种重金属废水吸附剂及其制备方法”(CN201910773358.0)专利技术，将多种原料混合后经煅烧，虽制得对多种重金属具有较高吸附能力的吸附剂，但制备原料繁多和操作过程复杂。又如“一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用”(CN201910539630.9)专利技术，该技术采用腐殖酸对氧化石墨烯进行改性，再将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，制得的吸附材料虽然原料廉价易得，但制得的材料吸附容量较小。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单和合成条件温和的去除废水中稀有金属离子用吸附材料的制备方法，用该方法制备的去除废水中稀有金属离子用吸附材料吸附容量大和循环使用效果好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一、按照浓度为8～9g/L，将膨胀石墨置于混合酸中，室温条件下超声搅拌3～5h，再用去离子水稀释，固液分离，洗涤至中性；然后于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥2～4h，制得羧基化膨胀石墨。
步骤二、按所述羧基化膨胀石墨∶R-烯-n-胺的质量比为1∶(40～60)，将所述羧基化膨胀石墨和所述R-烯-n-胺混合，室温条件下超声搅拌20～40min；然后在通风橱中于120～130℃条件下敞口油浴3～5h，用去离子水洗涤至中性，固液分离；再于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥2～4h，研磨至粒径为100～500μm，得到改性后的膨胀石墨。
步骤三、按所述改性后的膨胀石墨∶聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为1∶(8～10)，将所述改性后的膨胀石墨和所述聚偏氟乙烯粘结剂混合，用磁力搅拌器搅拌3～5分钟；得到改性后的膨胀石墨和聚偏氟乙烯的混合物，然后将所述混合物均匀涂覆在钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管表面，再于40～60℃和真空度小于200Pa的条件下干燥12～13h，制得去除废水中稀有金属离子用吸附材料。
所述混合酸的合成方法是：按质量分数为60～70％的HNO3∶质量分数为80～98％的H2SO4的体积比为1∶(2.5～3.5)，将所述质量分数为60～70％的HNO3和所述质量分数为80～98％的H2SO4混合，即得混合酸。
所述钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管的制备方法是：先将泡沫金属镍钛基骨架纳米管用丙酮溶液洗涤3～5次，用去离子水洗涤至中性，然后浸泡于质量分数为60～70％的硝酸溶液中5～10min，再用去离子水洗涤至中性，烘烤至表面泛黄，即得钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管。
所述丙酮溶液为分析纯。
所述聚偏氟乙烯粘结剂的制备方法是：先将聚偏氟乙烯粉末于50～70℃和真空度小于200Pa的条件下干燥3～5h，得到干燥后的聚偏氟乙烯粉末；然后按干燥后的聚偏氟乙烯粉末∶N-甲基吡咯烷酮的质量比为1∶(15～25)，将干燥后的聚偏氟乙烯粉末与所述N-甲基吡咯烷酮混合，即得聚偏氟乙烯粘结剂。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术具有如下积极效果：
本发明先将膨胀石墨置于混合酸中，超声搅拌，洗涤，干燥，制得羧基化膨胀石墨；再将羧基化膨胀石墨和所述R-烯-n-胺混合，搅拌，油浴，洗涤，干燥，研磨，得到改性后的膨胀石墨；然后将改性后的膨胀石墨和所述聚偏氟乙烯粘结剂混合，搅拌，均匀涂覆在钝化后的泡沫金属镍钛基骨架纳米管表面，干燥，制得去除废水中稀有金属离子用吸附材料。本发明不仅工艺简单，且除干燥工艺外，其余工艺均在常温常压下进行，合成条件温和。
本发明的改性过程使膨胀石墨表面的亲水官能团如羟基、羧基等数量增多，能与R-烯-n-胺表面大量的氨基和亚胺基功能基团发生反应，形成稳定的改性后的膨胀石墨。改性后的膨胀石墨保留了原膨胀石墨庞大的比表面积以及耐高温的稳定性能，使得改性后的膨胀石墨保留了吸附容量大的特性，所制备的去除废水中稀有金属离子用吸附材料最大吸附容量可达1000mg·g-1以上。
本发明由于将R-烯-n-胺成功嫁接到羧基化膨胀石墨表面，使羧基化膨胀石墨获得了能够选择性吸附废水中稀有金属的能力，也能够顺利的将所吸附的稀有金属离子脱附下来，循环使用6次后对稀有金属离子的去除率在80％以上。在稀有金属的去除与回收方面有着广泛的应用前景。
因此，本发明工艺简单和合成条件温和，所制备的去除废水中稀有金属离子用吸附材料吸附容量大和循环使用效果好。
发明人 （王黎;张嘉方;郑鹏坤;胡宁;）
