一种用于处理含铬废水的MnO2-WO3-CNT复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术一种用于处理含铬废水的MnO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及材料制备领域，具体涉及一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]六价铬(Cr(VI))是一种对环境具有持久危险性、对生物具有致癌作用的污染物。六价铬很容易被人体吸收，并通过呼吸道、皮肤及粘膜等侵害人体，引起胃肠道及肝、肾功能损害等人体的诸多健康问题，对人的健康造成严重危害。因此，我们需要对含铬废水进行处理，减少铬对环境的污染及对生物体产生的危害。
[0003]目前，对含铬废水的处理方法多种多样，电容去离子技术(capacitive deionization，CDI)是其中的一种。这是一种基于双电层电容器概念的吸附/解吸过程的技术。对于电容去离子技术来说，电极材料的选择尤为重要，它是影响CDI性能的主要因素。据之前的研究报道，活性炭(AC)、介孔碳(MC)、碳纳米管(CNTs)、碳气凝胶(CAs)和石墨烯等具有高比表面积的碳材料被广泛用于作为CDI的电极材料。在这些碳材料中，碳纳米管因具有机械强度高、吸附容量高、导电性好和化学稳定性好等优异特征而成为电吸附处理含铬废水的理想候选者。但是，碳纳米管在实际应用过程中，由于受限于其结构形状，有效的吸附空间少，表面有效利用率低。并且仅通过碳材料只能将六价铬进行吸附，而不能有效地解决铬污染的问题。
[0004]MnO2是一种具有高理论比电容、低成本、储量丰富、电化学性能稳定和对环境安全友好的过渡金属氧化物。将其与碳纳米管复合，可以对碳纳米管进行改性，增加碳纳米管的有效表面积和有效吸附空间。并且MnO2中的Mn是一种变价金属，可以在电吸附过程中将六价铬转化为三价铬。WO3也是一种具有高理论比电容、对环境污染小的过渡金属氧化物。WO3的电导率大、电化学性能良好、稳定性良好并且具有转移电子的能力，但是其价格较昂贵，而MnO2较便宜，将WO3和MnO2同时与碳纳米管复合，不仅成本较低，而且还能进一步提高材料的电化学性能和其对六价铬的吸附与转化能力。因此，如何将MnO2、WO3与碳纳米管进行复合，并通过电吸附法实现六价铬向三价铬的转化是一种研究方向,基于此，本申请提供了一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法及应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法及其处理含铬废水的应用。本专利技术所述的制备方法简单且不会造成严重污染，成本低廉，并通过在碳纳米管引入氧化钨和二氧化锰形成MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料来实现六价铬向三价铬的转化，为处理含铬废水提供了一种新思路。
[0006]第一方面，本专利技术中提供了一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法，步骤包括：
[0007](1)MnO2‑
CNT溶液的制备：将碳纳米管分散在KMnO4溶液中混合，加入Mn(Ac)2溶液并充分混合，制得MnO2‑
CNT溶液；
[0008](2)粉末状MnO2‑
CNT复合材料的制备方法：将制得的MnO2‑
CNT溶液去除上清液后进行离心并洗涤，干燥后研磨即得粉末状MnO2‑
CNT复合材料；
[0009](3)MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法：将所述MnO2‑
CNT复合材料粉末分散在六氯化钨溶液中，搅拌1
‑
4h后离心、洗涤并烘干，将干燥后的产物研磨后进行煅烧，煅烧完成后取出即得MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料。
[0010]进一步地，所述步骤(1)中KMnO4溶液浓度为0.05
‑
0.2mol/L，所述碳纳米管与KMnO4溶液使用量为0.4g/(100
‑
300)mL。
[0011]进一步地，所述步骤(2)中洗涤液为去离子水，洗涤次数为2
‑
4次。
[0012]进一步地，所述步骤(2)中干燥为在50
‑
70℃条件下进行真空干燥，干燥时间为10
‑
14h。
[0013]进一步地，所述步骤(3)中六氯化钨溶液的溶剂为乙醇溶液。
[0014]进一步地，所述步骤(3)中六氯化钨溶液浓度为0.01
‑
0.02g/ml。
[0015]进一步地，所述步骤(3)中洗涤液为无水乙醇，洗涤次数为2
‑
4次。
[0016]进一步地，所述步骤(3)中干燥为在50
‑
70℃条件下进行真空干燥，干燥时间为6
‑
10h。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中煅烧步骤为：在空气氛围下在管式炉中煅烧，以1
‑
3℃/min的升温速率升温至400
‑
500℃，并在此温度下恒温1
‑
3h。
[0018]第二方面，通过前述制备方法制备得到的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料用于处理含铬废水。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020](1)本专利技术采用的WO3、MnO2和碳纳米管都是对环境安全友好的物质，不会造成严重污染，且制备MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法简单，成本低廉，具有实际可应用性。
[0021](2)本专利技术所制备的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料以及采用的电容去离子技术不仅可以吸附废水中的铬，而且可以实现六价铬向三价铬的转化，能更有效的解决金属铬污染的问题。
[0022](3)本专利技术中，首先以KMnO4和Mn(Ac)2为原料，采用氧化还原方法将MnO2包覆于CNT表面制备MnO2‑
CNT复合材料。然后，利用浸渍法，以MnO2‑
CNT和六氯化钨为原料制备了MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料，提高了材料的比电容和电子转递能力，从而提高其电吸附去除和转化六价铬的能力。
[0023](4)本专利技术中，MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料涂覆在CDI装置的阳极，在电吸附过程中，可以吸附含六价铬的阴离子CrO
42
‑
。并且在此过程中，由于MnO2中的Mn是一种变价金属，在通电条件下，它可以同时将电子转移给CrO
42
‑
，CrO
42
‑
中的六价铬得到Mn传递给它的电子后可以被还原为三价铬，从而实现了六价铬向三价铬的转化。而WO3是一种具有优异的电子传递能力的金属氧化物，在反应过程中，它可以更有利于Mn将电子传递给铬，使铬得电子被还原，从而进一步提高了六价铬转化为三价铬的转化率。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)MnO2‑
CNT溶液的制备：将碳纳米管分散在KMnO4溶液中混合，加入Mn(Ac)2溶液并充分混合，制得MnO2‑
CNT溶液；(2)粉末状MnO2‑
CNT复合材料的制备方法：将制得的MnO2‑
CNT溶液去除上清液后进行离心并洗涤，干燥后研磨即得粉末状MnO2‑
CNT复合材料；(3)MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法：将所述MnO2‑
CNT复合材料粉末分散在六氯化钨溶液中，搅拌1
‑
4h后离心、洗涤并烘干，将干燥后的产物研磨后进行煅烧，煅烧完成后取出即得MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料。2.根据权利要求1所述的一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中KMnO4溶液浓度为0.05
‑
0.2mol/L，所述碳纳米管与KMnO4溶液使用量为0.4g/(100
‑
300)mL。3.根据权利要求1所述的一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中洗涤液为去离子水，洗涤次数为2
‑
4次。4.根据权利要求1所述的一种用于处理含铬废水的MnO2‑
WO3‑
CNT复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥为在50

【专利技术属性】
技术研发人员：董飞龙，徐波，李金哲，朱佳妮，宋爽，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：