一种去除水中水垢和重金属离子的方法技术

一种去除水中水垢和重金属离子的方法，涉及水处理技术，将纯化后碳纳米管超声分散在无水乙醇中，随后与氧化石墨烯的无水乙醇分散液混合，再经超声、抽滤、真空干燥制得氧化石墨烯/碳纳米管复合材料。该复合材料属于纳米材料，具有优良特性，并且表面具有羟基、羧基等多种活性基团，通过表面基团与污水中重金属离子的吸附作用，可实现污染物的去除。在外加磁场的作用下可以与复合材料形成协同效应，达到去除水垢的目的。该方法没有二次污染、具有吸附等功能，工艺流程简单，性能可靠，可用于环境保护、靶向药物制备、污染物监测等领域。本发明专利技术的工艺流程简洁，材料制备简单，成本低廉，可批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种去除水中水垢和重金属离子的方法
本专利技术属水处理
，具体涉及去除水中水垢和重金属离子的技术。
技术介绍
碳纳米管和石墨烯两种新型碳材料分别在1991年和2004年被日本电镜学家IijimaS与英国曼彻斯特大学的两位科学家AndreGeim、KonstantinNovoselov发现，这两种新型碳材料具有很多优点，诸如导电性优异、比表面积大、空间结构独特、质量密度轻、与污染物分子之间作用较强等，在国内外各领域掀起了研究热潮。但是这两种新型碳材料也有很多缺点，例如相互之间易团聚、缠绕、折叠，表面能高，在各类溶剂较为难溶等，这限制了其在很多领域的应用。将两者通过一定的方法制备成复合材料后，能在一定程度上解决两种碳材料各自的缺点。如制备成复合材料后比表面积增大、团聚、缠绕现象明显减少。另磁场在水处理中也具有很重要的作用。例如在外加磁场下，可以对水中的微生物起到灭活作用、对水不产生任何毒害。此外还存在投资少、应用方便、运行费用低等优点。基于上述考虑，本专利技术首先将氧化石墨烯与碳纳米管制备成复合材料，然后在外加磁场的作用下，将该复合材料投入到循环水中进行吸附实验。从而证明外加磁场与复合材料在吸附过程中存在有协同作用。专利[TW201323538A]公开了一种炭基涂层材料，其表面覆盖有一层含有硫醇基、环氧基以及羧基的官能团，该种材料可以用于散热板表面的涂料。专利[CN104399431A]公开了一种氨基和硫醇基修饰的磁性碳纳米管复合材料及制备方法，该种方法制备出了分散性较好的碳纳米管、引入官能团效率较高、功能化程度较高等，可用于污水中重金属离子与有机物的吸附。文献[吴利瑞,张蓝心,于飞等,氨基化碳纳米管/石墨烯气凝胶对甲醛吸附研究[J].中国环境科学.2015,35(11):3251-3256.]报道了用氨基修饰碳纳米管/石墨烯复合材料并用于室内污染物甲醛的吸附研究，也取得了良好的结果。目前对磁场与吸附剂协同作用的研究报道还很少。目前所报道的制备石墨烯/碳纳米管的方法均存在有碳纳米管在石墨烯层间有序性排列不高、石墨烯和碳纳米管团聚严重等缺点。另复合材料表面官能团较少，使得石墨烯/碳纳米管复合材料吸附能力弱。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种去除水中水垢和重金属离子的方法。本专利技术是一种去除水中水垢和重金属离子的方法，其步骤为：（1）将原始碳纳米管分散到混和酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，得到产物即为纯化碳纳米管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾，温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时；（3）将混合物放入25~35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600-1000ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到产物即为氧化石墨烯；（4）称取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将纯化碳纳米管逐滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，抽滤后真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（5）循环水系统中加入去离子水，加入重金属离子和钙离子，将氧化石墨烯/碳纳米管复合材料加入循环水系统中，调节温度和水速；（6）采用可调磁场设备调节磁场强度，打开循环水系统进行循环；（7）每隔2小时取10ml水样检测重金属离子和钙离子的浓度，直到水处理12小时后停止检测。本专利技术有益之处为：本专利技术对污水中重金属离子、有机污染物具有很好吸附能力，主要是将氧化石墨烯、碳纳米管二者的物理化学性质相结合，是一种良好的功能纳米颗粒的载体。能同时去除水中重金属污染及水垢的危害。制备方法工艺简单，操作方便且条件温和，制备产物吸附容量大具有优异的生物学相容性。在生物医药、环境保护等领域具有潜在应用价值。附图说明图1是本专利技术具体实施例1中氧化石墨烯/碳纳米管复合材料的高分辨透射电子显微镜(TEM)，图2是本专利技术具体实施例1中氧化石墨烯/碳纳米管复合材料的傅里叶-红外光谱图，图3磁场-复合材料共同作用时钙离子浓度变化图4磁场-复合材料共同作用时铅离子浓度变化。具体实施方式本专利技术是一种去除水中水垢和重金属离子的方法，其步骤为：（1）将原始碳纳米管分散到混和酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，得到产物即为纯化碳纳米管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾，温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时；（3）将混合物放入25~35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600-1000ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到产物即为氧化石墨烯；（4）称取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将纯化碳纳米管逐滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，抽滤后真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（5）循环水系统中加入去离子水，加入重金属离子和钙离子，将氧化石墨烯/碳纳米管复合材料加入循环水系统中，调节温度和水速；（6）采用可调磁场设备调节磁场强度，打开循环水系统进行循环；（7）每隔2小时取10ml水样检测重金属离子和钙离子的浓度，直到水处理12小时后停止检测。以上所述的碳纳米管为多壁或者单壁碳纳米管。以上所述混酸溶液是浓硫酸和浓硝酸组成，浓硫酸和浓硝酸的体积比是3:1。以上所述的天然石墨和浓硫酸的质量比是50:1~80:1。以上所述的硝酸钠和天然石墨的质量比是1:2~2:1。以上所述的高锰酸钾和天然石墨的质量比是3:1~6:1。以上所述的双氧水和浓硫酸的体积比是1:2~1:4。以上所述的重金属离子和钙离子初始浓度比是1:1。以上所述的磁场强度为0.2~0.54T，温度10~30℃，水速0.17~0.54m/s。以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限定本专利技术的范围。此外应理解，在阅读本专利技术所讲述内容后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1：步骤1碳纳米管的预处理：将1g原始的多壁碳纳米管（化学气相沉积法制备）分散到30ml浓硫酸和10ml浓硝酸组成的混酸溶液中，60℃下搅拌反应3小时，用蒸馏水洗至中性，80℃真空干燥12小时后备用。步骤2氧化石墨烯的制备：用电子天平取2g天然的鳞片石墨，用量筒量取46ml的浓硫酸倒入1000ml的三颈瓶中，冷却至0~5℃之间，将称量好的2g石墨加入到46ml浓硫酸中，使用冰浴冷却到0~5℃搅拌直至石墨完全溶解，以一定的速度加入1g硝酸钠和6g高锰酸钾同时剧烈搅拌，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除水中水垢和重金属离子的方法，其特征在于，其步骤为：（1）将原始碳纳米管分散到混和酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，得到产物即为纯化碳纳米管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾，温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时；（3）将混合物放入25~35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600‑1000ml，搅拌5‑15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000‑10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60 分钟，真空干燥12~24小时，得到产物即为氧化石墨烯；（4）称取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将纯化碳纳米管逐滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，抽滤后真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（5）循环水系统中加入去离子水，加入重金属离子和钙离子，将氧化石墨烯/碳纳米管复合材料加入循环水系统中，调节温度和水速；（6）采用可调磁场设备调节磁场强度，打开循环水系统进行循环；（7）每隔2小时取10ml水样检测重金属离子和钙离子的浓度，直到水处理12小时后停止检测。...

【技术特征摘要】
1.一种去除水中水垢和重金属离子的方法，其特征在于，其步骤为：（1）将原始碳纳米管分散到混和酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，得到产物即为纯化碳纳米管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾，温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时；（3）将混合物放入25~35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600-1000ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到产物即为氧化石墨烯；（4）称取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将纯化碳纳米管逐滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，抽滤后真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（5）循环水系统中加入去离子水，加入重金属离子和钙离子，将氧化石墨烯/碳纳米管复合材料加入循环水系统中，调节温度和水速；（6）采用可调磁场设备调节磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜丽丽，于海涛，侯新刚，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62