一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及含氮污水处理的技术领域，提供了一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法。该方法通过共沉淀法在多壁碳纳米管的管壁上原位生成掺杂镧的水滑石层，并采用阳离子表面活性剂溴代十六烷基吡啶对水滑石层进行表面改性，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。本发明专利技术的制备方法，将水滑石负载于多壁碳纳米管的管壁上，增加了水滑石的比表面积，有利于暴露更多的活性位点，并采用稀土金属镧进行掺杂，镧可与NO3

A Carbon Nanotubes/Hydrotalcite Material for Removal of Nitrate Nitrogen from Water and Its Preparation Method

The invention relates to the technical field of wastewater treatment containing nitrogen, and provides a carbon nanotube/hydrotalcite material for removing nitrate nitrogen in water and a preparation method thereof. In this method, lanthanum-doped hydrotalcite layer was synthesized in situ on the wall of multi-walled carbon nanotubes by coprecipitation method, and the surface of hydrotalcite layer was modified by cationic surfactant cetylpyridine bromide. Carbon nanotubes/hydrotalcite material for removing nitrate nitrogen in water was prepared. The preparation method of the present invention is that the hydrotalcite is loaded on the tube wall of multi-walled carbon nanotubes, the specific surface area of the hydrotalcite is increased, more active sites are exposed, and lanthanum is doped with lanthanum, which can be used with NO3.

【技术实现步骤摘要】
一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法
本专利技术属于含氮污水处理的
，提供了一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法。
技术介绍
自然界中的氮素的主要存在形式有NH3、N2、N2O、NO2、NO2-、NO3-和有机氮，由于人类的干扰，破坏了自然界氮素平衡，导致水环境中氮素含量增加。其中，硝态氮（NO2-、NO3-）是最常见的化学污染，且其污染水平仍在不断增加。硝态氮不仅来源广泛，而且几乎所有的硝酸盐均是可溶的，且溶解度很大，这就导致硝酸盐能在水和土壤中快速迁移扩散，造成大范围的硝氮污染，所以废水中硝态氮的去除受到各国环保工作者的普遍关注。常用的脱氮方法有物理脱氮（吸附等）、化学脱氮（零价铁和镁还原，离子交换，反渗透，电渗析、催化脱氮）和生物脱氮等。其中，吸附法的设计简单，操作方便，通常被用于去除废水中不同类型的有机物和无机物，特别是类滑石类吸附剂对硝酸根的去除率较高，因而受到重视。水滑石材料属于阴离子型层状化合物，层状化合物是指具有层状结构、层间离子，具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。其层板上的阳离子具有同晶取代性，层间阴离子具有可交换性，结构特性独特、组成及结构可调，有特殊的记忆效应，吸附性能良好，成为去除硝态氮的良好选择。中国专利技术专利申请号200810157761.2公开了一种改性成型的镁铝水滑石的制备方法及应用。制备时分别配制含有Mg2+、Al3+的混合盐水溶液和混合碱水溶液，将二者混合，待反应完全后进行老化与晶化，经过滤、洗涤、干燥得到镁铝水滑石；将该镁铝水滑石和粘结剂加入到镁盐水溶液中，调节所得浆状物的pH值，反应后离心分离，烘干，挤出成型，然后烘干焙烧，冷却至室温。该专利技术的产品在吸附和离子交换时不堵塞床体、反应后易于分离，适用于处理水溶液、污水处理厂水、海水、养殖废水中的磷氮阴离子。但该专利技术制得的改性水滑石的表面活性位点较少，除氮效果仍有待提高。综上所述，现有技术常用的水滑石用于含硝态氮污水处理时，由于表面活性位点较少，导致NO3-的去除效果不理想，因此开发一种可高效去除水中硝态氮的水滑石复合材料，有着重要的意义。
技术实现思路
可见，通常水滑石用于含硝态氮污水处理时，由于表面活性位点较少，导致NO3-的去除效果不理想。针对这种情况，本专利技术提出一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法，可有效克服上述缺陷，对水中的硝态氮具有良好的去除效果。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，所述碳纳米管/水滑石材料制备的具体步骤如下：（1）将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧加入去离子水中，得到溶液A；将碳酸钠、氢氧化钠加入去离子水中，得到溶液B；（2）将多壁碳纳米管分散于去离子水中，并加热分散液，然后将溶液A与溶液B同时滴入多壁碳纳米管分散液中，强烈搅拌进行反应，再静置3~4h，在多壁碳纳米管的管壁上生成掺杂镧的水滑石层；（3）进一步升温进行水热陈化，再过滤、洗涤，将所得固体物分散于溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，调节pH值至9~10，超声振荡并加热对水滑石层进行表面改性处理，再经过滤、洗涤、干燥，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。优选的，步骤（1）所述溶液A中，六水合硝酸镁10~12重量份、九水合硝酸铝7~10重量份、六水合硝酸镧2~3重量份、去离子水75~81重量份。优选的，步骤（1）所述溶液B中，碳酸钠5~8重量份、氢氧化钠3~5重量份、去离子水87~92重量份。优选的，步骤（2）所述反应体系中各原料的重量份为，多壁碳纳米管15~20重量份、去离子水50~65重量份、溶液A10~15重量份、溶液B10~15重量份。优选的，步骤（2）所述反应温度为70~80℃，时间为6~8h。优选的，步骤（3）所述水热陈化的温度为100~110℃，时间为10~12h。优选的，步骤（3）所述溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，溴代十六烷基吡啶20~40重量份、乙醇60~80重量份。优选的，步骤（3）所述表面改性处理的温度为40~50℃，超声振荡频率为50~80kHz，时间为18~22h。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。所述碳纳米管/水滑石材料是通过共沉淀法在多壁碳纳米管的管壁上原位生成掺杂镧的水滑石层，并采用阳离子表面活性剂溴代十六烷基吡啶对水滑石层进行表面改性而制得。本专利技术提供了一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术的制备方法，将原位生成的水滑石负载于多壁碳纳米管的管壁上，增加了水滑石的比表面积，有利于暴露更多的活性位点。2.本专利技术的制备方法，采用稀土金属镧对水滑石层进行掺杂，镧可与NO3-络合形成稳定的多胺配合物，有利于促进对硝态氮的吸附去除。3.本专利技术的制备方法，采用阳离子表面活性剂溴代十六烷基吡啶对水滑石层进行表面改性，可降低水滑石表面层的电负性，为NO3-的吸附提供更多活性位点，因此对水中的硝态氮具有良好的去除效果。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧加入去离子水中，得到溶液A；将碳酸钠、氢氧化钠加入去离子水中，得到溶液B；溶液A中，六水合硝酸镁11重量份、九水合硝酸铝9重量份、六水合硝酸镧2重量份、去离子水78重量份；溶液B中，碳酸钠7重量份、氢氧化钠4重量份、去离子水89重量份；（2）将多壁碳纳米管分散于去离子水中，并加热分散液，然后将溶液A与溶液B同时滴入多壁碳纳米管分散液中，强烈搅拌进行反应，再静置3.5h，在多壁碳纳米管的管壁上生成掺杂镧的水滑石层；反应体系中各原料的重量份为，多壁碳纳米管17重量份、去离子水57重量份、溶液A13重量份、溶液B13重量份；反应温度为76℃，时间为7h；（3）进一步升温进行水热陈化，再过滤、洗涤，将所得固体物分散于溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，调节pH值至9.5，超声振荡并加热对水滑石层进行表面改性处理，再经过滤、洗涤、干燥，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料；水热陈化的温度为106℃，时间为11h；溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，溴代十六烷基吡啶28重量份、乙醇72重量份；表面改性处理的温度为46℃，超声振荡频率为70kHz，时间为21h。实施例2（1）将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧加入去离子水中，得到溶液A；将碳酸钠、氢氧化钠加入去离子水中，得到溶液B；溶液A中，六水合硝酸镁10重量份、九水合硝酸铝8重量份、六水合硝酸镧2重量份、去离子水80重量份；溶液B中，碳酸钠6重量份、氢氧化钠4重量份、去离子水90重量份；（2）将多壁碳纳米管分散于去离子水中，并加热分散液，然后将溶液A与溶液B同时滴入多壁碳纳米管分散液中，强烈搅拌进行反应，再静置3h，在多壁碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管/水滑石材料制备的具体步骤如下：（1）将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧加入去离子水中，得到溶液A；将碳酸钠、氢氧化钠加入去离子水中，得到溶液B；（2）将多壁碳纳米管分散于去离子水中，并加热分散液，然后将溶液A与溶液B同时滴入多壁碳纳米管分散液中，强烈搅拌进行反应，再静置3~4h，在多壁碳纳米管的管壁上生成掺杂镧的水滑石层；（3）进一步升温进行水热陈化，再过滤、洗涤，将所得固体物分散于溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，调节pH值至9~10，超声振荡并加热对水滑石层进行表面改性处理，再经过滤、洗涤、干燥，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。

【技术特征摘要】
1.一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管/水滑石材料制备的具体步骤如下：（1）将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、六水合硝酸镧加入去离子水中，得到溶液A；将碳酸钠、氢氧化钠加入去离子水中，得到溶液B；（2）将多壁碳纳米管分散于去离子水中，并加热分散液，然后将溶液A与溶液B同时滴入多壁碳纳米管分散液中，强烈搅拌进行反应，再静置3~4h，在多壁碳纳米管的管壁上生成掺杂镧的水滑石层；（3）进一步升温进行水热陈化，再过滤、洗涤，将所得固体物分散于溴代十六烷基吡啶的乙醇溶液中，调节pH值至9~10，超声振荡并加热对水滑石层进行表面改性处理，再经过滤、洗涤、干燥，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。2.根据权利要求1所述一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述溶液A中，六水合硝酸镁10~12重量份、九水合硝酸铝7~10重量份、六水合硝酸镧2~3重量份、去离子水75~81重量份。3.根据权利要求1所述一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述溶液B中，碳酸钠5~8重量份、氢氧化钠3~5重量份、去...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡菁菁，
申请(专利权)人：蔡菁菁，
类型：发明
国别省市：四川,51