一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法，所述多孔炭负载纳米金属氧化物由改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精制得，所述改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精的质量比为100：（160～180）：（78～100）。本发明专利技术通过对多孔炭结构的设置，调节中层多孔炭与外层、内层多孔炭的平均孔径，能够对污染物进行吸附，同时防止颗粒进入多孔炭的内腔，避免孔隙堵塞，影响水处理速率，中层多孔炭内孔径较大，提高金属氧化物的负载，提升水处理效率，中层多孔炭连接固定内层多孔炭和外层多孔炭，内层多孔炭协同外层多孔炭对多孔炭的结构进行支撑，提高多孔炭的力学性能，防止水流冲击伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法
本专利技术涉及水处理
，具体为一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法。
技术介绍
科技的进步常伴随着资源的污染，水会受到有害化学物质的影响，造成其使用价值的降低，水中生物的死亡，饮用水源、景观水等水资源的污染，水质恶化等现象，而水处理就是为使水质达到一定使用标准的措施。水处理常采用多孔炭和金属氧化物，其中多孔炭具有较为发达的孔隙结构，优越的比表面积，使其具有较好的吸附性能，对水中污染物进行吸附，除去水中悬浮物、细菌、虫卵等；金属氧化物经过活化，对多数无机离子和部分有机物均具有较好的吸附能力，在水处理实际应用中，会利用多孔炭负载金属氧化物，一般多孔炭负载纳米金属氧化物利用有机物与金属盐共混，经高温热处理制得，尺寸一般较小，强度、刚度较弱。因此，我们提出一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法，所述多孔炭负载纳米金属氧化物由改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精制得，所述改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精的质量比为100：（160～180）：（78～100）。进一步的，所述改性丙烯酸树脂由以下重量组分制得：50～60份丙烯酸树脂、30～50份丙烯酸锌树脂、0.8～1.2份钛酸四丁酯、0.3～0.7份硝酸铁。进一步的，所述改性聚氯乙烯由以下重量组分制得：100～132份聚氯乙烯、1.2～2份硬脂酸锌、6～8份硬脂酸铝、1～1.5份硼酸锌、1～1.5份氢氧化氧铁。进一步的，所述改性环糊精由以下重量组分制得：18～24份β-环糊精、1.2～2.4份苯酚、2～3份氢氧化锌、10～16份纳米二氧化硅、2～5份铝粉。一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物及其制备方法，包括以下步骤：1）制备改性环糊精；2）制备改性聚氯乙烯；3）制备改性丙烯酸树脂；4）制备多孔炭负载纳米金属氧化物。进一步的，所述步骤1）包括以下步骤：取苯酚与氢氧化锌共热，制得苯酚锌，溶于无水乙醇，制得苯酚锌溶液；取苯酚锌溶液，加入利用硅烷偶联剂进行改性的纳米二氧化硅、铝粉，搅拌均匀，制得混合溶液；取β-环糊精，制得饱和混悬液，缓慢加入混合溶液，搅拌60～90min，置于0～6℃温度下避光静置24～36h，抽滤，真空干燥，制得粉末，得到改性环糊精。进一步的，所述步骤2）包括以下步骤:取丙酮，加入氨水、氢氧化钙水溶液，制得混合溶液；取聚氯乙烯，分别加入硬脂酸锌、硬脂酸铝、硼酸锌、氢氧化氧铁混合均匀，制得改性聚氯乙烯；加入改性环糊精混合均匀后，置于75～80℃温度下搅拌5～10min，然后于螺杆挤出机中，于140～170℃温度下挤出，形成颗粒，置于混合溶剂中，于0～5℃温度下浸没，并低速搅拌15～25min，清洗后烘干，制得包合物A。进一步的，所述步骤3）包括以下步骤：取钛酸四丁酯加入无水乙醇，加入的同时不间断搅拌，加入冰醋酸，混合制得钛酸四丁酯溶液；取去离子水和无水乙醇混合，加入硝酸铁混合均匀，并调节溶液体系pH呈碱性，制得硝酸铁溶液；取钛酸四丁酯溶液与硝酸铁溶液混合，并利用偶联剂进行改性，制得改性二氧化钛；取丙烯酸树脂加入溶剂混合均匀，加入丙烯酸锌树脂，升温至50～75℃温度下，加入改性二氧化钛，加入表面活性剂，高速搅拌30～45min，加入氨水混合均匀，制得改性丙烯酸树脂；加入包合物A，搅拌混合后，静置12～20min，取出烘干，制得包合物B。在上述技术方案中，步骤1）所制苯酚锌、纳米二氧化硅、铝粉负载与β-环糊精的外表面及其内腔，在后续高温处理中能够形成微孔，将水中污染物进行吸附，实现多孔炭负载纳米金属氧化物对水的处理能力；步骤2）硬脂酸锌、硬脂酸铝具有优异的抗热变形能力，能够在提供金属离子的同时，对聚氯乙烯的框架进行固定，提高聚氯乙烯的热稳定性，防止所制中层多孔炭变形，在高温处理时能够吸收聚氯乙烯脱除的HCl，促进聚氯乙烯的降解；硼酸锌、氢氧化氧铁能够在提供金属离子的同时，催化聚氯乙烯成炭，阻燃、消烟；聚氯乙烯与物料混合，将改性环糊精包裹后，置于混合溶液中进行溶胀，扩大所制中层多孔炭的孔隙，为多孔炭的实现提供基础，高温处理后形成的金属氧化物负载于上述较大孔隙中，并形成微孔结构，促进所制多孔炭负载纳米金属氧化物水处理能力的提高；步骤3）钛酸四丁酯与硝酸铁溶液混合，在碱性环境中，钛酸四丁酯水解烧结生成的二氧化钛为金红石型，晶体结构稳定，更易在物料体系中分散均匀，丙烯酸树脂乳化，制得乳液，乳液在经高温处理后形成孔径较大的孔隙，乳液外表面形成孔径较小的孔隙，多组乳液将改性聚氯乙烯包裹，高温处理后形成外层多孔炭，所制外层多孔炭能够在保持表面小孔径的同时，增大其内部的孔径，提高外层多孔炭的比表面积，提高与水体的接触面积，且更利于金属氧化物在乳液所制孔隙的内表面和外表面进行负载，形成微孔，提高水处理的效率；通过改性丙烯酸树脂将改性聚氯乙烯包合，改性聚氯乙烯将改性环糊精包合，形成双重包合结构，在进行高温处理后能够形成三层多孔炭结构，改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精分别对应外层多孔炭、中层多孔炭和内层多孔炭；其中，外层多孔炭和中层多孔炭的平均孔径较大，为介孔和大孔，形成所制多孔炭对污染物的吸附通道，内层多孔炭的平均孔径较小，为微孔，且三层多孔炭中的孔隙中及外层多孔炭的表面均负载有金属氧化物，金属氧化物具有微孔结构，上述微孔结构形成吸附结构，提高所制多孔炭负载纳米金属氧化物的吸附效果；在进行水处理时，外层多孔炭在对污染物进行吸附，同时能够防止污染物颗粒进入多孔炭的内腔，避免造成外层多孔炭孔隙堵塞，影响水流通过多孔炭的速率，中层多孔炭内比表面积较大，能够负载更多的金属氧化物，提高水处理的效率，中层多孔炭连接固定内层多孔炭和外层多孔炭，内层多孔炭在中层多孔炭中分散，形成多孔炭的骨架，协同外层多孔炭对多孔炭的结构进行支撑，提高多孔炭的刚度、强度。进一步的，所述步骤4）包括以下步骤：取包合物B进行微波处理，处理5～8min，然后在氦气氛围中，于250～300℃温度下，高温处理90～120min，以8～16℃/min的升温速率，升温至700～800℃，恒温处理20～40min；置于室温冷却后，分别利用乙醇、去离子水进行清洗，烘干后，置于空气环境下，200～300℃，恒温5～8min，再次清洗，制得多孔炭负载纳米金属氧化物。在上述技术方案中，首先对改性丙烯酸树脂进行微波处理，将体系中的基团固定，防止基团间发生反应，影响体系结构，促进多孔炭在各层中孔径的平均按分布，避免相互干扰；在热处理过程中，改性丙烯酸树脂固化，体系形成核壳结构，位于中层的改性聚氯乙烯开始降解，脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物，其特征在于：所述多孔炭负载纳米金属氧化物由改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精制得，所述改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精的质量比为100：（160～180）：（78～100）。/n

【技术特征摘要】
1.一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物，其特征在于：所述多孔炭负载纳米金属氧化物由改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精制得，所述改性丙烯酸树脂、改性聚氯乙烯、改性环糊精的质量比为100：（160～180）：（78～100）。


2.根据权利要求1所述的一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物，其特征在于：所述改性丙烯酸树脂由以下重量组分制得：50～60份丙烯酸树脂、30～50份丙烯酸锌树脂、0.8～1.2份钛酸四丁酯、0.3～0.7份硝酸铁。


3.根据权利要求2所述的一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物，其特征在于：所述改性聚氯乙烯由以下重量组分制得：100～132份聚氯乙烯、1.2～2份硬脂酸锌、6～8份硬脂酸铝、1～1.5份硼酸锌、1～1.5份氢氧化氧铁。


4.根据权利要求3所述的一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物，其特征在于：所述改性环糊精由以下重量组分制得：18～24份β-环糊精、1.2～2.4份苯酚、2～3份氢氧化锌、10～16份纳米二氧化硅、2～5份铝粉。


5.一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备改性环糊精；
2）制备改性聚氯乙烯；
3）制备改性丙烯酸树脂；
4）制备多孔炭负载纳米金属氧化物。


6.根据权利要求5所述的一种水处理用多孔炭负载纳米金属氧化物的制备方法，其特征在于：所述步骤1）包括以下步骤：
取苯酚与氢氧化锌共热，制得苯酚锌，溶于无水乙醇，制得苯酚锌溶液；
取苯酚锌溶液，加入利用硅烷偶联剂进行改性的纳米二氧化硅、铝粉，搅拌均匀，制得混合溶液；
取β-环糊精，制得饱和混悬液，缓慢加入混合溶液，搅拌60～90min，置于0～6℃温度下避光静置24～36h，抽滤，真空干燥，制得粉末，得到改性环糊精。

【专利技术属性】
技术研发人员：周梅，
申请(专利权)人：林爱琴，
类型：发明
国别省市：广东;44