一种改性碳纳米管材料、去除水中汞离子的方法及其再生方法技术

一种改性碳纳米管材料、去除水中汞离子的方法及其再生方法，所述改性碳纳米管材料为硒修饰纳米粒子负载/铁氧化物磁性碳纳米管复合材料，将其作为吸附剂置于待处理水中以吸附水中汞离子，所述改性碳纳米管材料是将碳纳米管材料经浓酸氧化活化后与含铁盐溶液以共沉淀方法在碳纳米管表面包覆铁氧化物，再与含Na2SeO3和葡萄糖的水溶液反应得到的。本发明专利技术材料具有强大的吸附能力和对汞的选择性，在外加磁场作用下即可很方便实现吸附剂与溶液的固液分离。所述材料经处理可以反复使用，较传统的吸附材料具有更好的可循环利用性，使用后的吸附剂易分离回收，它节约了水处理成本，减少了引起二次污染的可能性，具有良好的经济和环境效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改性碳纳米管材料及利用其去除水中汞离子的方法和回收再生方法，尤其涉及一种硒修饰改性碳纳米管材料及利用其去除水中汞离子的方法和回收再生方法，属水处理

技术介绍
有毒元素汞可以通过地质原因和人为原因进入到环境，存在于环境中的痕量汞可以通过沉降等最终进入到水体中，然后经水生生物的生物富集和生物放大，并且在其生物化学循环过程中生成有机汞化合物，毒性增强近千倍。所以，去除水体中的痕量汞对保护生态环境和人类健康具有十分重要的意义。吸附法去除水体中的痕量汞具有其他方法不具备的优点，如操作简单、成本低廉等。碳纳米管是近几年被广泛应用的新型纳米材料，由于具有较大的比表面积和稳定的物理化学性质，被成功用于了去除水体中污染物的研究当中。但是，碳纳米管可吸附多种污染物，使得材料的选择特异性不高，对汞的吸附容量受到限制。同时，由于碳纳米管具有一定的疏水性，质地膨松，在脱除水体中污染物的过程中不容易被分散和回收，增加了应用的难度和成本，从而也限制了其应用范围。此外，碳纳米管的价格通常较高，不能回收利用限制了碳纳米管作为吸附剂的广泛使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术之缺陷提供一种改性碳纳米管材料， 该材料具有多壁多孔、磁性效应、吸附能力强、容易分离等特点；此外，本专利技术还要进一步提供利用该改性碳纳米管材料作为吸附剂去除水中汞离子、以及提供它的再生方法。本专利技术所述技术问题是由以下技术方案实现的。一种改性碳纳米管材料，所述改性碳纳米管材料为硒修饰纳米粒子负载/铁氧化物磁性碳纳米管复合材料。—种制备上述改性碳纳米管材料的方法，它将碳纳米管材料经浓酸氧化活化后与含铁盐溶液以共沉淀方法在碳纳米管表面包覆铁氧化物，再与含NajeO3和葡萄糖的水溶液反应，即得硒纳米粒子负载/铁氧化物磁性碳纳米管复合材料。上述制备方法，具体按如下步骤进行 A、氧化活化①称取碳纳米管材料0.5-1. 0g，置于40-60 ml高压反应釜中，加入10-20 ml质量分数为65-68%的浓硝酸，密闭高压反应釜；②将盛有上述反应物的高压反应釜置于烘箱中，在100-105°C条件下，维持10-15min, 然后迅速升温至150-160 °C，反应1.0-1. 5 h，反应完全后，终止加热，自然冷却至室温；③自烘箱中取出并开启反应釜，倾出剩余废酸，以去离子水清洗反应产物至清洗液为中性；④将上述产物在100-110 °C下烘干4-6 h，制得活化的碳纳米管材料，备用；B、磁性修饰①、碳纳米管材料的磁性修饰反应是在超声波且氮气保护的条件下进行的，反应温度为 45-55 "C ；②、称取活化后的碳纳米管材料0.5-1. 0 g，悬浮在100-200 ml含有 (NH4)2Fe(SO4)2 · 6H20和NH4Fe(SO4)2 · 12H20的混合溶液中，反应体系固液比，即活化碳纳米管/混和溶液的g/ml为1 200 ；混合液中溶质质量范围为(NH4) 2Fe (SO4) 2 · 6H20 为 0. 36-3. 2g, NH4Fe (SO4) 2 · 12H20 为 0. 53-4. 7g ；溶质(NH4)2Fe(SO4)2 · 6H20 和 NH4Fe(SO4)2 · 12H20 的质量比为 1. 7:2. 5 ；③、将上述体系溶液置于超声波条件下反应10-15min ；超声条件为超声频率40KHz， 超声功率250W，加热功率400W ；反应过程中逐滴加入8mol/L的氨水，使混合液的pH值保持在11-12之间；④、超声反应结束后，为进一步保证反应进行彻底，反应体系在45-55°C恒温水浴中保持60-70min，并进行300_400r/min的恒速搅拌；⑤、反应完成后，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤3-4次，50°C条件下真空干燥8-10h， 制得铁氧化物磁性碳纳米管复合材料，备用；C、硒纳米粒子负载①、取0.0658 g198 g葡萄糖置于容积为40_60mL的高压反应釜内罐中，然后加入去离子水12-20 ml，搅拌至溶解。②、加入0. 2 -2g步骤B所得改性碳纳米管材料，将高压反应釜密闭；③、将高压反应釜置于烘箱中，升温至140°C，保持IOmin；④、然后，在180°C下继续反应IOh；⑤、冷却至室温，棕色沉淀物过滤后用水和无水乙醇反复冲洗，至洗涤液无色，在55°C 下烘干8h，制得改性纳米粒子负载/铁氧化物磁性碳纳米管复合材料。一种去除水中汞离子的方法，它将改性碳纳米管材料作为吸附剂置于待处理水中以吸附水中汞离子，所述改性碳纳米管材料为硒修饰纳米粒子负载/铁氧化物磁性碳纳米管复合材料。上述去除水中汞离子的方法，所述吸附剂在温度为20-60°C、PH5-9的条件下吸附去除水中的汞离子。上述去除水中汞离子的方法，所述吸附进行时，含汞水溶液的pH值为5-9，用 lmol/L的硝酸或盐酸和lmol/L的氢氧化钠调节pH ；吸附时间为0. 5-1. Oh ；所述吸附剂与水的g/ml比为1 :1000-1500 ；(经测定，汞离子的初始浓度为0.02-30 Pg/ml，吸附终了浓度为若初始浓度为下限，终了浓度一般小于Ing/mL，若初始浓度为上限，终了浓度一般小于 50ng/mLo )一种改性碳纳米管材料的再生方法，它使用酸溶液洗脱改性碳纳米管材料以获得再生。上述再生方法，所述酸溶液为体积比为5% (ν/ν)的稀盐酸。上述再生方法，它按以下步骤进行(1)通过外加磁场将吸附反应结束后的改性碳纳米管材料与溶液进行固液分离，倾出水体，收集吸附有汞的改性碳纳米管材料；(2)向改性碳纳米管材料中加入稀盐酸；(3)300-400 r/min转速下迅速搅拌反应5min ；(5)反应结束后立即通过外加磁场分离洗脱后的吸附剂，倾倒出上层稀酸溶液；(6)将上述稀酸溶液洗后的改性碳纳米管材料立即用去离子进行洗涤，直至洗涤液为中性；(7)将洗脱后的磁性修饰碳纳米管材料在50°C下真空干燥6 h，即得磁性修饰碳纳米管材料。上述再生方法，所述吸附后的磁性修饰碳纳米管材料与稀盐酸的g/ml比为1 :10。本专利技术将含铁氧化物包覆在碳纳米管材料表面，制备的修饰材料具有较强的软磁体性质，在外加磁场的作用下，很容易即可实现吸附剂与污染水体的固液分离。而负载硒纳米粒子后的改性碳纳米管材料表现出对水中汞离子较高的吸附能力和较强的选择性。常温下，吸附材料最大吸附容量为47. 5 mg/g，是未经硒修饰的活化碳纳米管材料吸附量的2. 65 倍。通过酸洗，能将吸附的汞离子完全洗脱，且酸洗过的材料吸附量无明显降低。同时，采用磁分离技术，大大简化了吸附处理水体汞离子过程分离过程，节约了处理时间和成本，吸附有有毒元素的吸附剂可以实现比较彻底的收集，便于后继处理，较好地避免了二次污染， 具有很好的经济效益、环境效益和推广应用价值。附图说明图1为负载纳米硒/磁性碳纳米管材料磁滞回线图2为负载纳米硒/磁性碳纳米管材料电子扫描显微镜(SEM)照片； 图3为负载纳米硒/磁性碳纳米管材料电子透射显微镜(TEM)照片； 图4为负载纳米硒/磁性碳纳米管材料X-射线衍射(XRD)图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1碳纳米管活化①取碳纳米管材料1.0g，置于60本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苑春刚，张艳，张杨阳，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：