聚纳米管改性碳纤维吸附剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及聚纳米管改性碳纤维吸附剂及其制备和应用。具体地，本发明专利技术公开了一种碳纤维吸附剂，所述碳纤维吸附剂包括改性的碳纤维，所述改性的碳纤维包括碳纤维基体、结合于所述碳纤维基体表面的改性聚合物膜层和结合于所述改性聚合物膜层表面的聚纳米管改性层。本发明专利技术还公开了所述碳纤维吸附剂的制备方法和应用。所述碳纤维吸附剂具有优异的吸附性能、可循环使用且不会对水体产生二次污染，为水体净化提供了一种更优的选择。

Poly (nanotube) modified carbon fiber adsorbent and preparation and application thereof

The invention relates to a carbon nanotube modified carbon fiber adsorbent and its preparation and application. Specifically, the invention discloses a carbon fiber adsorbent, the carbon fiber adsorbent including carbon fiber modification, the modified carbon fiber with carbon fiber matrix, including modified polymer film and a combination of the carbon fiber matrix on the surface of the modified film on the surface of polymer poly nanotube modified layer. The invention also discloses the preparation method and application of the carbon fiber adsorbent. The carbon fiber adsorbent has excellent adsorption performance, can be recycled and can not generate two pollution to the water body, and provides a better choice for the purification of the water body.

【技术实现步骤摘要】
聚纳米管改性碳纤维吸附剂及其制备和应用
本专利技术涉及材料领域，具体地涉及一种聚纳米管改性碳纤维吸附剂及其制备和应用。
技术介绍
铜、铬等重金属元素广泛存在于地壳中的岩石、土壤、河水、海水及大气中，作为一种强污染物，当其在生态循环过程中进入水体后，会对人类健康产生严重威胁。目前，虽有报道显示可使用活性炭作为吸附剂对水体进行预处理，但是其仅能去除水体中的固态的杂质颗粒、油污等；并且，活性炭在使用过程中存在循环使用性能差且随着使用时间的延长会对水体造成二次污染的问题。因此，本领域急需开发一种新型的吸附性能优异、可循环使用且不会对水体造成二次污染的重金属离子吸附剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的吸附性能优异、可循环使用且不会对水体造成二次污染的重金属离子吸附剂。本专利技术的第一方面，提供了一种碳纤维吸附剂，所述碳纤维吸附剂包括改性的碳纤维，所述改性的碳纤维包括碳纤维基体、结合于所述碳纤维基体表面的改性聚合物膜层和结合于所述改性聚合物膜层表面的聚纳米管改性层。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂的形状为纤维状。在另一优选例中，所述改性的碳纤维从内到外依次为碳纤维基体、改性聚合物膜层和聚纳米管改性层。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层的厚度为0.1-0.5μm；和/或所述聚纳米管改性层的厚度为0.3－1.2μm。在另一优选例中，所述碳纤维基体的直径为3-10μm，较佳地为5-8μm。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层的厚度为0.1－0.4μm，较佳地为0.2－0.3μm。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层的厚度为0.30－0.8μm，较佳地为0.4－0.6μm。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层为网状。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层存在(少量的)微孔结构。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层和所述聚纳米管改性层的组成基本相同，均为第一改性剂和第二改性剂的共聚物。在另一优选例中，所述第一改性剂为六氯环三膦腈；和/或所述第二改性剂为4,4’-二羟基二苯砜。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铜(Ⅱ)的吸附容量≥65mg/g，较佳地70mg/g。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铬(Ⅵ)的吸附容量≥95mg/g，较佳地98mg/g。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铜(Ⅱ)的去除率≥85％，较佳地≥88％。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铬(Ⅵ)的去除率≥88％，较佳地≥91％。本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面所述的碳纤维吸附剂的制备方法，包括如下步骤：1)提供碳纤维材料、第一改性溶液和第二改性溶液，其中，所述第一改性溶液包含第一改性剂和第一溶剂；所述第二改性溶液包含第二改性剂和第二溶剂；2)在搅拌条件下，将所述碳纤维材料加入所述第一改性溶液中，加热所得混合物，反应得到含经第一改性剂改性的碳纤维材料的混合物；3)在超声辅助条件下，混合所述第二改性溶液和步骤2)所得产物，反应得到经第一改性剂和第二改性剂的共聚物改性的碳纤维吸附剂。在另一优选例中，所述第一溶剂选自下组：无水乙腈、四氢呋喃、或其组合。在另一优选例中，所述第二溶剂为四氢呋喃。在另一优选例中，所述第一改性剂和所述第二改性剂如本专利技术第一方面所述。在另一优选例中，所述第一改性溶液和/或第二改性溶液中还包含反应促进剂，如三乙胺。在另一优选例中，在步骤1)之前还包括步骤：活化处理所述碳纤维材料。在另一优选例中，步骤2)中，所述第一改性剂和所述碳纤维材料的质量比为0.5-15，较佳地为1-10。在另一优选例中，步骤2)所述加热的温度为30-70℃，较佳地35-60℃，更佳地38-45℃。在另一优选例中，步骤2)中在所述加热温度下的反应时间为0.1-5小时，较佳地为0.3-3小时。在另一优选例中，步骤3)中，所述碳纤维材料、所述第一改性剂和所述第二改性剂的质量比为1：1-5：3-15，较佳地1：1.5-4：4-10。在另一优选例中，步骤3)所述反应的反应温度为室温，如10-40℃(较佳地15-35℃)。在另一优选例中，步骤3)所述反应的反应时间为2-10小时，较佳地为3-8小时。在另一优选例中，在所述步骤3)之后还任选地包括如下步骤：4)去除前述步骤中未反应单体和/或副产物；5)任选地洗涤前述步骤所得产物；6)任选地干燥处理前述步骤所得产物。在另一优选例中，所述去除采用抽提方法进行，所述抽提所用抽提剂同第一溶剂。在另一优选例中，所述干燥处理的温度为40-80℃，时间为5-24小时。本专利技术的第三方面，提供了一种净水方法，使用本专利技术第一方面所述的碳纤维吸附剂对水体进行吸附处理。本专利技术的第四方面，提供了一种制品，所述制品含有本专利技术第一方面所述的碳纤维吸附剂或由本专利技术第一方面所述的碳纤维吸附剂组成。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1所得碳纤维吸附剂1的SEM结果。图2为碳纤维吸附剂1的XPS全谱分析结果。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，通过采用特定的制备工艺意外地制得一种新型的综合性能优异的吸附剂。具体地，本专利技术人首次采用耐腐蚀、耐氧化的碳纤维材料作为吸附材料基体，通过多次表面改性结合特定的制备工艺制备得到一种吸附性能优异、可循环使用且不会对水体造成二次污染的重金属离子吸附剂。所述吸附剂的制备方法具有工艺简单、易于工业化生产的特点。在此基础上，专利技术人完成了本专利技术。碳纤维吸附剂本专利技术提供了一种碳纤维吸附剂，所述碳纤维吸附剂包括改性的碳纤维，所述改性的碳纤维包括碳纤维基体、结合于所述碳纤维基体表面的改性聚合物膜层和结合于所述改性聚合物膜层表面的聚纳米管改性层。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂的形状为纤维状。在另一优选例中，所述改性的碳纤维从内到外依次为碳纤维基体、改性聚合物膜层和聚纳米管改性层。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层的厚度为0.1-0.5μm；和/或所述聚纳米管改性层的厚度为0.3－1.2μm。在另一优选例中，所述碳纤维基体的直径为3-10μm，较佳地为5-8μm。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层的厚度为0.1－0.4μm，较佳地为0.2－0.3μm。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层的厚度为0.30－0.8μm，较佳地为0.4－0.6μm。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层为网状。在另一优选例中，所述聚纳米管改性层存在(少量的)微孔结构。在另一优选例中，所述改性聚合物膜层和所述聚纳米管改性层的组成基本相同，均为第一改性剂和第二改性剂的共聚物。在另一优选例中，所述第一改性剂为六氯环三膦腈；和/或所述第二改性剂为4,4’-二羟基二苯砜。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铜(Ⅱ)的吸附容量≥65mg/g，较佳地70mg/g。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铬(Ⅵ)的吸附容量≥95mg/g，较佳地98mg/g。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铜(Ⅱ)的去除率≥85％，较佳地≥88％。在另一优选例中，所述碳纤维吸附剂对铬(Ⅵ)的去除率≥88％，较佳地≥91％。吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。吸附主要包括两种吸附方式：物理吸附和化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维吸附剂，其特征在于，所述碳纤维吸附剂包括改性的碳纤维，所述改性的碳纤维包括碳纤维基体、结合于所述碳纤维基体表面的改性聚合物膜层和结合于所述改性聚合物膜层表面的聚纳米管改性层。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维吸附剂，其特征在于，所述碳纤维吸附剂包括改性的碳纤维，所述改性的碳纤维包括碳纤维基体、结合于所述碳纤维基体表面的改性聚合物膜层和结合于所述改性聚合物膜层表面的聚纳米管改性层。2.如权利要求1所述的碳纤维吸附剂，其特征在于，所述改性聚合物膜层的厚度为0.1-0.5μm；和/或所述聚纳米管改性层的厚度为0.3－1.2μm。3.如权利要求1所述的碳纤维吸附剂，其特征在于，所述聚纳米管改性层为网状。4.如权利要求1所述的碳纤维吸附剂，其特征在于，所述改性聚合物膜层和所述聚纳米管改性层的组成基本相同，均为第一改性剂和第二改性剂的共聚物。5.如权利要求4所述的碳纤维吸附剂，其特征在于，所述第一改性剂为六氯环三膦腈；和/或所述第二改性剂为4,4’-二羟基二苯砜。6.一种权利要求1所述的碳纤维吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供碳纤维材料、第一改性溶液和第二改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥，徐海兵，祝颖丹，刘东，陈明达，林新耀，涂丽艳，颜春，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33