本发明专利技术提供了一种含锌多元金属氧化物／碳纳米管复合物及其制备方法和应用。该复合物的制备是根据层状双金属氢氧化物具有结构可设计性和层板组成可调变性的特点，在层板引入Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ａｌ３＋离子，通过与表面修饰的碳纳米管原位复合得到层状双金属氢氧化物／碳纳米管杂化复合物，经过高温焙烧得到分散性好、比表面积大的含锌多元金属氧化物／碳纳米管复合材料。该复合材料对有机染料分子表现出了良好的吸附性能，吸附量可达２２０～３５０ｍｇ／ｇ。本发明专利技术的制备方法简单、无环境污染，适合工业化过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备技术。具体涉及含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物吸附材料及其制备方法。该吸附材料主要用于有机染料的吸 附。
技术介绍
染料污染物是全球性的重要污染物之，其分布广、结构复杂、毒性强、降解难，所以 染料废水一直是工业废水处理的难点。而且随着印染行业的发展，染料污水排放量呈逐年 增加的趋势，给水资源环境带来不利影响。因此染料废水的脱色处理已成为当今关注的热 点。目前处理染料废水的方法有化学沉淀法、光催化氧化法、双氧水法、生物法、吸附法。其 中吸附法是一种高效实用的方法。它是利用具有微孔数量多、比表面积大的物质的粉末或 颗粒与废水结合，使废水中的污染物质被吸附而除去的方法。 碳纳米管(CNTs)是一种新型的碳材料，它是由石墨片按照一定的螺旋结构巻曲 而成的无缝纳米级圆筒。自从1991年被发现以来，碳纳米管备受人们的关注，其在催化材 料、储氢材料、电池材料、场致发射材料等方面具有广泛的应用。除此之外，碳纳米管由于其 高比表面、大的长径比、高机械强度、稳定性好的特点，被认为是一种优良的催化和吸附载 体及电极材料C. Chen，et al. J Hazard Mater， 2009， 164，923。 一方面，碳纳米管的载体 作用，不仅能够提高活性组分的比表面积，而且很大程度上抑制活性组分的团聚，提高其分 散性。另一方面，由于碳纳米管与活性组分之间的相互作用，活性组分的活性和稳定性能够 得到提高。在Ti02/CNTs复合物中，Ti02与CNTs表现了很好的协同效应，在可见光降解方 面复合物具有很好的催化性能S. Philippe, et al. J Mol Catal A-Chem， 2005， 235， 194。 Ramaprabhu等研究发现由于碳纳米管与导电材料之间的相互作用，此导电复合物表现了很 高的充放电性能S. Ram即rabhu， et al. J. Phys. Chem. C 2007,111,7727。但是通常制备 的碳纳米管不仅含有杂质，而且具有很强的疏水性，这样造成不容易被表面张力大的液体 浸润。因此，通常利用强氧化性物质采用表面修饰的方法使它的表面修饰上羟基、羧基等电 负性的官能团。这些电负性官能团不仅能够增加碳纳米管的亲水性，而且能够通过静电作 用固定电正性的离子或者基团于碳纳米管表面，从而制备不同碳纳米管基的复合材料。 层状双金属氢氧化物又称为阴离子粘土或者水滑石，是一种类阴离子型层状无 机功能材料D. G. Evans ;R. C. T. Slade. Struct. Bond. 2006， 119， 1-87。其化学组成为 [M2 —xM3+x(0H)2]x+(An—)x/n 1^20，其中M2+为Ni2+、Mg2+、 Zn2+、 Co2+、 Cu2+等二价金属阳离子；M3+ 为Al3+、 Fe3+、 Ga3+、 In3+、 Cr3+等三价金属阳离子；An—为层间阴离子，如C032—、 N03—、 S042—、 Cl—、 C6H4(C00)22—等离子；X值在0. 2 0. 33之间。由于层状双金属氢氧化物具有组成多样、 结晶度好、比表面积大、特殊的层状结构的特点，因此在催化、吸附等方面具有很好的应用X.Duan， et al. Chem. Commun， 2006， 485-496。另外，以层状双金属氢氧化物为前体，高温 焙烧所衍生出来的复合氧化物具有晶粒尺寸小、组成可调、含有碱性位等特点，在催化、吸附、磁性材料等方面也有广泛的应用。但是焙烧会造成层板坍塌，颗粒团聚，这样导致焙烧 产物的比表面积小、分散性差、活性部位减少，从而影响其性能。 为了克服这一弊端，本专利技术将含锌层状双金属氢氧化物前体均匀组装在碳纳米管 表面，能够提高层状双金属氢氧化物的分散性，降低焙烧过程中团聚的现象，实现层状双金 属氢氧化物晶粒粒径的可调控行，从而得到含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合吸附材 料，使其具有金属氧化物粒径尺寸小、复合材料比表面积大、吸附活性中心充分暴露、吸附 性能高的特点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物及其制备方法和将 该材料用于有机染料的吸附。 本专利技术是将酸处理后表面呈电负性的碳纳米管加入到含有Zn2+、 Mg2+、 Al3+的混合 盐溶液中，由于静电作用，构成层状双金属氢氧化物层板元素的Zn2+、 Mg2+、 Al3+被固定在碳 纳米管表面，超声分散后，再采用共沉淀的方法得到组装在碳纳米管表面的层状双金属氢 氧化物，从而实现两者的稳定结合，然后在氮气条件下高温焙烧一段时间得到含锌多元金 属氧化物/碳纳米管复合材料。由于层状双金属氢氧化物具有层板元素组成可调的特点， 因此可以通过改变投料的比例制备不同组成的层状双金属氢氧化物，从而得到不同组成的 含锌多元金属氧化物。除此之外，通过焙烧温度的调控也可以改变含锌多元金属氧化物的 组成和比表面积。通过以上方法制备的新型功能异质结构材料具有金属氧化物粒径小和分 散性好的特点。 含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物的制备方法如下 A.将可溶性锌盐、镁盐、铝盐溶入去离子水中配制混合盐溶液，其中Zn2+的摩尔 浓度为0. 20 0. 90mol/L， Mg2+的摩尔浓度为0 0. 10mol/L， Al3+的摩尔浓度为0. 04 0. 20mol/L， M2+与M3+的摩尔比为1 5，所述M2+是Zn2+或Zn2++Mg2+ ;混合盐溶液中酸根离 子为N03—、 CI—或S042—中的1 2种； 将氢氧化钠和碳酸钠溶于去离子水中配制混合碱溶液，其中氢氧化钠摩尔浓度为 0. 32 1. 2mol/L，碳酸钠摩尔浓度为0. 10 0. 60mol/L ; B.将酸修饰过的碳纳米管与步骤A中配制的混合盐溶液混合，其中碳纳米管质量 与混合盐溶液体积比例为0. 50 1. 50 : 100，超声分散20-30min，用步骤A的混合碱溶液 调节pH = 9-ll，再超声分散20-30min，升温至40-80°C ，使其晶化3_12小时，抽滤，用去离 子水洗涤至中性，将滤饼在60 8(TC烘箱中干燥6-24小时即可得到层状双金属氢氧化物 /碳纳米管复合物前体； 所述的酸修饰碳纳米管的方法为将直径为40 60nm，长度为5 15 y m碳纳米 管用65%的浓硝酸进行酸化处理，使其表面呈电负性。 C.将步骤B制备得到的复合前体置于管式气氛炉中，在氮气条件下，以5 l(TC / min的速率升温至300 700°C ，保温3_5h，然后自然冷却至室温，得到含锌多元金属氧化物 /碳纳米管复合物。 所制备的含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物，从XRD谱图可以看出含锌多元 金属氧化物是氧化物M2+0， A1203和尖晶石M2+A1204的混合物，其中M2+是Zn2+或是Zn2++Mg2+。从透射电镜谱图(TEM)可以看出复合氧化物粒子直径为4 12nm。其中氧化物与碳纳米管的质量比为0. 50 5. 00 : 1。该复合材料的比表面积为60 135m2g—、 含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物对有机染料分子具有较高的吸附能力，主要用作有机染料分子的吸附剂，特别是用作甲基橙、甲基蓝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含锌多元金属氧化物／碳纳米管复合物的制备方法，具体步骤如下：Ａ．将可溶性锌盐、镁盐、铝盐溶入去离子水中配制混合盐溶液，其中Ｚｎ↑［２＋］的摩尔浓度为０．２０～０．９０ｍｏｌ／Ｌ，Ｍｇ↑［２＋］的摩尔浓度为０～０．１０ｍｏｌ／Ｌ，Ａｌ↑［３＋］的摩尔浓度为０．０４～０．２０ｍｏｌ／Ｌ，Ｍ↑［２＋］与Ｍ↑［３＋］的摩尔比为１～５，所述Ｍ↑［２＋］是Ｚｎ↑［２＋］或Ｚｎ↑［２＋］＋Ｍｇ↑［２＋］；混合盐溶液中酸根离子为ＮＯ↓［３］↑［－］、Ｃｌ↑［－］或ＳＯ↓［４］↑［２－］中的１～２种；将氢氧化钠和碳酸钠溶于去离子水中配制混合碱溶液，其中氢氧化钠摩尔浓度为０．３２～１．２ｍｏｌ／Ｌ，碳酸钠摩尔浓度为０．１０～０．６０ｍｏｌ／Ｌ；Ｂ．将酸修饰过的碳纳米管与步骤Ａ中配制的混合盐溶液混合，其中碳纳米管质量与混合盐溶液体积比例为０．５０～１．５０∶１００，超声分散２０－３０ｍｉｎ，用步骤Ａ的混合碱溶液调节ｐＨ＝９－１１，再超声分散２０－３０ｍｉｎ，升温至４０－８０℃，使其晶化３－１２小时，抽滤，用去离子水洗涤至中性，将滤饼在６０～８０℃烘箱中干燥６－２４小时即可得到层状双金属氢氧化物／碳纳米管复合物前体；Ｃ．将步骤Ｂ制备得到的复合前体置于管式气氛炉中，在氮气条件下，以５～１０℃／ｍｉｎ的速率升温至３００～７００℃，保温３－５ｈ，然后自然冷却至室温，得到含锌多元金属氧化物／碳纳米管复合物。...
【技术特征摘要】
一种含锌多元金属氧化物/碳纳米管复合物的制备方法，具体步骤如下A.将可溶性锌盐、镁盐、铝盐溶入去离子水中配制混合盐溶液，其中Zn2+的摩尔浓度为0.20～0.90mol/L，Mg2+的摩尔浓度为0～0.10mol/L，Al3+的摩尔浓度为0.04～0.20mol/L，M2+与M3+的摩尔比为1～5，所述M2+是Zn2+或Zn2++Mg2+；混合盐溶液中酸根离子为NO3-、Cl-或SO42-中的1～2种；将氢氧化钠和碳酸钠溶于去离子水中配制混合碱溶液，其中氢氧化钠摩尔浓度为0.32～1.2mol/L，碳酸钠摩尔浓度为0.10～0.60mol/L；B.将酸修饰过的碳纳米管与步骤A中配制的混合盐溶液混合，其中碳纳米管质量与混合盐溶液体积比例为0.50～1.50∶100，超声分散20-30min，用步骤A的混合碱溶液调节pH＝9-11，再超声分散20-30min，升温至40-80℃，使其晶化3-12小时，抽滤，用去离子水洗涤至中性，将滤饼在60～80℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，王辉，项顼，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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