一种磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及水处理吸附剂研究领域，具体公开了一种磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂及其制备方法。本发明专利技术以十六烷基三甲基溴化铵改性碳纳米管，通过水热法制备出水中能分散均匀的掺氮CNTs(N‑CNTs)，溶剂热法在N‑CNTs上负载Co

A magnetic nitrogen doped carbon nanotube adsorbent for water treatment and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及一种兼有稳定，高吸附，易再生的磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂的制备方法，本专利技术属于水处理吸附剂研究领域。
技术介绍
氯代有机化合物作为重要的化工原料、中间体和有机溶剂，广泛应用于化工、医药、制革、电子、农药、木材防腐等行业，导致大量的氯代有机物进入到水环境当中。由于此类物质毒性大，难降解，许多国家都将氯代有机物作为环境优先重点控制污染物加以控制。水中氯代有机物处理方法中，吸附法具有简单、快速、高效等优点，不论是在技术上，还是在应用范围和处理规模上都优于其他的废水处理技术，并取得了满意的效果。碳纳米管作为一种新型纳米吸附材料，具有高比表面积和独特的网状微孔通道，吸附性能明显优于传统的吸附剂，但实际应用存在的很多问题需进一步解决。首先，碳纳米管粒径小，用于吸附处理污染物后难分离；其次，碳纳米管的价格贵，不回收重复利用会造成资源浪费。为解决这些难题，开发出有效地回收和易再生的复合碳纳米管吸附材料制备方法是亟待解决的重要问题。已报道磁性碳纳米管能在水体中回收(Fe3O4等磁性材料)，但传统的磁性材料的负载会大大降低碳纳米管的吸附能力，容易脱落，且再生困难等不足。如能调控好铁氧体纳米材料与介电损耗的CNTs复合，可以实现介电性能和磁性能的结合，使其复合材料具有高的比表面积、磁性、吸收微波协同效应等优点。如将其应用到“吸附-磁回收-微波辐照”处理难降解多氯代有机废水体系，就能达到高效，无二次污染去除水环境多氯代有机物和碳纳米管的回收重复利用目的。本专利技术以十六烷基三甲基溴化铵改性碳纳米管，通过水热法制备出水中能分散均匀的掺氮CNTs(N-CNTs)，溶剂热法在N-CNTs上负载CoxCuyFe2O4磁性材料。所制备掺氮磁性复合吸附剂具有稳定，比表面积大，磁性可回收、吸收微波能力强，适合高效吸附，微波再生无二次污染处理有机物后重复利用等优点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种兼有稳定，高吸附，易再生的磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂及其制备方法。本专利技术的第一目的是提供一种掺氮磁性碳纳米管水处理吸附剂，含有氮(N)，碳纳米管(CNTs)，钴铜铁氧体(CoxCuyFe2O4)，其中，氮(N)的质量百分比为3～7％,碳纳米管(CNTs)所占质量百分比为60～90％，钴铜铁氧体(CoxCuyFe2O4)所占质量百分比为10～40％。本专利技术的第二目的是提供一种掺氮磁性碳纳米管水处理吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)CNTs的改性配置0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，放入CNTs，常温下机械振荡8～12h；然后将产物抽滤并用蒸馏水洗涤至滤液pH为7，100℃干燥5h即得改性CNTs；(2)掺氮CNTs的制备(N-CNTs)称取步骤(1)制得的CNTs于烧杯中，依次加入蒸馏水与NH3·H2O，超声辅助下，充分振荡1h，然后将混合物放于高压釜中，将高压釜放于干燥箱中反应，待冷却至室温后水洗抽滤至滤液pH为7，在100℃干燥箱中干燥5h，装瓶备用，记作N-CNTs；(3)CoxCuyFe2O4-N-CNTs的制备(M-N-CNTs)将Co(NO3)2·6H2O、CuSO4·5H2O、Fe(NO3)3、(CH2OH)2、HOCH2(CH2O·CH2)nCH2OH和C2H3NaO2依次加入到烧杯中，超声振荡使其充分溶解；再加入N-CNTs，继续超声1h，然后将混合物放于高压釜中，再将高压釜放于180℃的干燥箱中，加热12h后取出，待冷却至室温后用无水乙醇洗去有机物，抽滤，100℃干燥箱中干燥5h，研磨，装瓶备用，记作M-N-CNTs；(4)去除水中氯代有机物及碳纳米管磁分离回收将步骤(3)所制得的磁性碳纳米管放入氯代有机物(五氯苯酚)溶液进行吸附，所述磁性碳纳米管和氯代有机物溶液的质量比为100：2～10，在25℃下转速为180rpm恒温振荡2h至吸附平衡，磁分离回收碳纳米管，完成去除水中氯代有机物和吸附剂回收，计算其吸附量；(5)磁性碳纳米管的再生将步骤(4)中吸附氯代有机物饱和的磁性碳纳米管从水中磁分离回收，并置于密闭的石英微波反应器内再生；作为优选，步骤(1)中，CTAB与CNTs的质量比为50：1～3。作为优选，步骤(2)中，CNTs与NH3·H2O的质量体积比为1：8～24g/ml，蒸馏水与NH3·H2O体积比为50：1～3。作为优选，步骤(2)中，所述反应温度为180℃，反应时间为12h。作为优选，步骤(3)所述N-CNTs与(CH2OH)2的质量体积比为1：200g/ml，C2H3NaO2与Fe(NO3)3的质量比为10：1，HOCH2(CH2O·CH2)nCH2OH与(CH2OH)2的质量比例为1:50。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术中碳纳米管经表面活性剂改性后进行掺氮，N负载均匀，含量可控，水体中分散良好，有利于磁性材料负载均匀和稳定性。2、本专利技术选择是Co和Cu二元金属复合的铁氧体磁性材料，无序度高，相比传统磁性材料比表面积大，负载到碳纳米管对有机物有高的吸附作用。3、本专利技术制得的CoxCuyFe2O4纳米粒子包覆N-CNTs的磁性纳米复合材料具有较低的矫顽力和较高的饱和磁化强度，磁场中具有快速的分离回收特性。4、本专利技术中Co和Cu复合的铁氧体磁性材料，能改善复合材料的导电能力和磁损耗能力，使复合材料的吸波能力显著增强。本专利技术所述磁性碳纳米管吸收微波性能强，3min内再生效率能达到98％，污染物矿化率达到90％以上，实现了对磁性纳米复合材料的重复利用，降低了成本。5、本专利技术所述碳纳米管上磁性材料负载稳定，重复3次时，磁性材料流失率为7％以下，之后保持稳定。附图说明图1为未改性和改性掺氮CNTs的制备水体中分散对比图；由图1可知，经表面活性剂改性后的CNTs在水体中更为分散。图2为Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs的TEM(a)、SEM(b)和能谱图(c)；由图可2知，碳纳米管负载的磁性纳米粒子形状基本为球形、粒径小、分布均匀。图3为Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs的磁饱和度测试结果(a)和Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs的磁性分离-再分散照片(b)；由图3可知，Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs表现出超顺磁性，外加磁场可以实现水溶液中回收利用的目的。图4为CNTs与Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs的XRD图；由图4可知，Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs与原始CNTs相比，在54.47°、77.74°产生了Co0.5Cu0.5Fe2O4的峰；但峰宽强度较弱、宽度较大，应为结晶化程度低，主要以非晶态形式存在。图5为Co0.5Cu0.5Fe2O4-N-CNTs的红外光谱图(a:原始CNTs；b：N-CNTs；c：Co0.5Cu0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺氮磁性碳纳米管水处理吸附剂，含有氮(N)，碳纳米管(CNTs)，钴铜铁氧体(Co

【技术特征摘要】
1.一种掺氮磁性碳纳米管水处理吸附剂，含有氮(N)，碳纳米管(CNTs)，钴铜铁氧体(CoxCuyFe2O4)，其特征在于，氮(N)的质量百分比为3～7％,碳纳米管(CNTs)所占质量百分比为60～90％，钴铜铁氧体(CoxCuyFe2O4)所占质量百分比为10～40％。


2.一种掺氮磁性碳纳米管水处理吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)CNTs的改性
配置0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，放入CNTs，常温下机械振荡8～12h；然后将产物抽滤并用蒸馏水洗涤至滤液pH为7，100℃干燥5h即得改性CNTs；
(2)掺氮CNTs的制备(N-CNTs)
称取步骤(1)制得的CNTs于烧杯中，依次加入蒸馏水与NH3·H2O，超声辅助下，充分振荡1h，然后将混合物放于高压釜中，将高压釜放于干燥箱中反应，待冷却至室温后水洗抽滤至滤液pH为7，在100℃干燥箱中干燥5h，装瓶备用，记作N-CNTs；
(3)CoxCuyFe2O4-N-CNTs的制备(M-N-CNTs)
将Co(NO3)2·6H2O、CuSO4·5H2O、Fe(NO3)3、(CH2OH)2、HOCH2(CH2O·CH2)nCH2OH和C2H3NaO2依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔春月，张雪，王颖，郑庆柱，马东，辛言君，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37