一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用。所述聚合物非共价修饰碳纳米管通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述碳聚合物非共价修饰碳纳米管；所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。本发明专利技术聚合物非共价修饰碳纳米管可以在常温下，通过介导电子转移的方式，快速高效地催化活化过硫酸盐降解有机污染物，适用pH范围广，且受环境中天然有机质干扰很小；本发明专利技术水中的有机物污染物的降解方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的有机质对处理效果干扰很小，有广阔的市场前景。

A polymer non covalently modified carbon nanotubes and its application

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用
本专利技术涉及环境污染治理
，涉及水中有机物的高级氧化技术，更具体地，涉及一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用。
技术介绍
目前，有机污染废水的处理方法主要有物理吸附法、生物处理法和高级氧化法三大类。物理吸附法是目前污水处理中最常用的处理技术之一，但是吸附作用仅仅能够降低水体中污染物的浓度，并不能被完全去除，污染物可能会再次进入到水环境中。传统的生物处理技术，对于一些含有高浓度、化学结构稳定的有机污染物的废水的处理效果并不理想，如农药、造纸水、印染废水等。其中有机污染物浓度高、毒性大、成分复杂，大多含有难以降解的稳定芳香结构，可生化性差，处理难度较大。高级氧化技术对污染物的氧化速率高，操作简便、易于控制且无二次污染，因此具有很大的应用前景。传统的高级氧化技术包含芬顿、电催化以及光催化三大类技术。芬顿技术对污染物的氧化速率较高，但需要较苛刻的pH条件和较大剂量试剂的投加。电催化可以将水中的污染物彻底分解矿化，成为无毒的CO2和H2O，但是能耗较高。光催化氧化技术虽然具有节能、反应条件温和、无二次污染的优点，但是目前仅限于实验室研究，还不能投入实际应用。基于硫酸自由基的过硫酸盐活化技术深度处理废水中有机污染物是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术。在光、热和Fe2+、Co2+等过渡金属离子活化下，过硫酸盐均能产生硫酸根自由基，高效地氧化降解大部分有机污染物。但是基于自由基机制的催化剂在环境干扰的情况下，其催化活性会受到极大的抑制。近年来，研究人员发现以碳纳米管、石墨烯、金刚石等碳材料为催化剂可以通过非自由基机制活化过硫酸盐降解污染物，能够抵抗环境有机质的干扰，实现目标污染物的选择性氧化降解。为了提高碳材料的催化活性，N掺杂是一种非常有效的方式，但是改性方式需要在高温条件下实现，设备条件较为苛刻。因此，提供一种简单的N掺杂方法，制备N掺杂的碳纳米管，用于高效催化过硫酸盐，在处理废水中有机污染物具有极大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚合物非共价修饰碳纳米管。本专利技术通过将聚合物通过非共价作用力修饰在碳纳米管上，其制备方法简单，修饰后的碳纳米管中N含量明显增多，制备的N掺杂的碳纳米管可以在常温下，通过介导电子转移的方式，快速高效地催化活化过硫酸盐降解有机污染物，适用pH范围广，在酸性、中性和弱碱性水中均能起到良好的处理效果，且受环境中天然有机质干扰很小。本专利技术的另一目的在于提供所述聚合物非共价修饰碳纳米管的应用。采用本专利技术所述聚合物非共价修饰碳纳米管降解废水中的有机物污染物的方法成本低、常温下处理效率高、操作简单，在有机废水治理
具有很大潜能。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现的：一种聚合物非共价修饰碳纳米管，通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述聚合物非共价修饰碳纳米管；所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。优选地，所述碳纳米管与聚合物的质量比为：100:0.5～40。优选地，所述碳纳米管与聚合物的质量比为：100:1～10。优选地，水溶液中，聚合物的浓度为0.5～20g/L。优选地，所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。优选地，所述超声时间为2～10h；搅拌时间为5～24h；所述干燥为70～100℃真空干燥。本专利技术同时还保护所述聚合物非共价修饰碳纳米管作为水中有机污染物催化剂的应用。优选地，所述聚合物非共价修饰碳纳米管催化过硫酸盐降解水中有机污染物。优选地，具体过程为：在常温下，向含有有机污染物的水中加入过硫酸盐和所述聚合物修饰碳纳米管，所述聚合物修饰碳纳米管作为催化剂，催化过硫酸盐降解有机污染物，即可将水中有机污染物去除。优选地，所述过硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠、过一硫酸胺、过二硫酸氢钾或过二硫酸氢钠。优选地，所述聚合物非共价修饰碳纳米管在水的质量浓度为0.1～2.0g/L。优选地，所述有机污染物为双酚A、苯酚、4-氯苯酚、甲基橙、甲基红、普萘洛尔或磺胺甲恶唑。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过将聚合物通过非共价作用力修饰在碳纳米管上，其制备方法简单，修饰后的碳纳米管中N含量明显增多，制备的N掺杂的碳纳米管可以在常温下，通过介导电子转移的方式，快速高效地催化活化过硫酸盐降解有机污染物，适用pH范围广，在酸性、中性和弱碱性水中均能起到良好的处理效果，且受环境中天然有机质干扰很小。采用本专利技术所述聚合物非共价修饰碳纳米管降解废水中的有机物污染物的方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的有机质对处理效果干扰很小，有广阔的市场前景。附图说明图1为不同催化剂对模拟废水中双酚A的处理效果比较示意图(以过二硫酸钾为氧化剂)。图2为不同催化剂对模拟废水中双酚A的处理效果比较示意图(以过一硫酸氢钾作为氧化剂)。图3为以PEI-MWCNT为催化剂，不同pH条件下活化过二硫酸钾降解模拟废水中双酚A效果示意图。图4为以PEI-MWCNT为催化剂，不同过二硫酸钾投加量条件下降解模拟废水中双酚A效果示意图。图5为以PEI-MWCNT为催化剂，不同阴离子干扰条件下降解模拟废水中双酚A效果示意图。图6为以PEI-MWCNT为催化剂，天然有机质对降解模拟废水中双酚A效果影响的示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例1一种聚合物非共价修饰碳纳米管，具体的制备过程如下：将50mg多壁碳纳米管与浓度为0.1g/L的聚乙烯亚胺水溶液5mL分散于50mL水中，超声处理2h(40Hz，35℃)，搅拌过夜，然后离心、水和乙醇分别洗涤三次，最后在70～100℃条件下真空干燥，即可制得所述聚乙烯亚胺非共价修饰多壁碳纳米管。将上述采用的多壁碳纳米管替换成为单壁碳纳米管，同样可制备得到聚乙烯亚胺非共价修饰单壁碳纳米管。表1改性前后多壁碳纳米管的元素分析结果材料C(％)N(％)H(％)多壁碳纳米管92.870.271.59聚乙烯亚胺非共价修饰多壁碳纳米管89.822.651.47实施例2一种聚合物非共价修饰碳纳米管，具体制备过程同实施例1，不同之处在于采用的聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵。实施例3应用测试以实施例1或实施例2中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述聚合物非共价修饰碳纳米管；/n所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述聚合物非共价修饰碳纳米管；
所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。


2.根据权利要求1所述聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管与聚合物的质量比为：100:0.5～40。


3.根据权利要求2所述聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管与聚合物的质量比为：100:1～10。


4.根据权利要求1所述聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，水溶液中，聚合物的浓度为0.5～20g/L。


5.根据权利要求1所述聚合物非共价修饰碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。


6.根据权利要求1所述聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳钢锋，王俊慧，付琦，郁家星，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44