[發明專利]碳包覆凹凸棒黏土復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110316791.5
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN103055806A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 俞書宏;陳立鋒;梁海偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，尤其涉及一種碳包覆凹凸棒黏土復合材料及其制備方法。

背景技術

重金屬污染是指由重金屬或其化合物造成的環境污染，如鉛、鉻、鎘、汞、砷等，主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等認為因素所致，大部分表現在水污染中，少部分表現在大氣污染和固體廢物污染中。重金屬不僅不能被生物降解，而且具有生物累積性，會給環境和人體健康造成嚴重的危害。如，飲用水中含有大量六價鉻離子時，會增加罹患腹瀉、膀胱癌、肝癌、腎癌、皮膚癌等疾病的風險；二價鉛離子會影響人類的智力、紅血細胞以及神經系統等；汞離子直接沉入肝臟，對大腦、神經、視力的破壞性極大；鉻會引起腹部不適、腹瀉、過敏性皮炎、濕疹、咽炎、支氣管炎等癥狀。

現有技術公開了多種去除水中重金屬離子的方法，如沉淀法、離子交換法、反滲透法、膜分離法、電化學方法等，但是這些方法均存在成本較高、應用于工業中的可行性較差等缺點。而吸附法是指利用多孔性固體相物質吸附分離水中污染物的方法，其具有成本低、操作簡單等優點，是目前去除水中重金屬離子的研究熱點之一。在采用吸附法去除水中重金屬離子的過程中，多孔性固體相物質，即吸附劑是決定去除效率的關鍵因素，目前常用的吸附劑包括活性碳、氧化活性碳、碳的氣凝膠、碳納米管、殼聚糖復合物、活化煤、焦碳、煤渣、樹脂、木屑等。但是，這些吸附劑均具有吸附容量小、吸附不完全等缺點。

凹凸棒黏土是一種含水富鎂鋁的硅酸鹽黏土礦物，具有層鏈狀結構，其理想的化學分子式為Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。凹凸棒黏土具有獨特的結構，其晶體呈針狀、纖維狀集合體，單根纖維晶的直徑在20nm左右，長度可達4μm，可作為納米材料的前驅體。凹凸棒黏土具有陽離子交換性能、較大的比表面積、較好的懸浮性和耐鹽性，因而具有較好的膠體懸浮性和吸附性能。本發明人考慮，對凹凸棒黏土進行表面處理增加凹凸棒黏土的吸附性能后，可用于去除污水中的重金屬離子。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種碳包覆凹凸棒黏土復合材料及其制備方法，本發明提供的制備方法工藝簡單，得到的碳包覆凹凸棒黏土復合材料吸附容量較大。

本發明提供了一種碳包覆凹凸棒黏土復合材料，包括：凹凸棒黏土和包覆在所述凹凸棒黏土表面的碳納米顆粒。

優選的，所述凹凸棒黏土和所述碳納米顆粒的質量比為1∶(0.5～3.5)。

優選的，所述碳納米顆粒的直徑為0.5nm～20nm。

與現有技術相比，本發明提供的碳包覆凹凸棒黏土復合材料包括凹凸棒黏土和包覆在所述凹凸棒黏土表面的碳納米顆粒。本發明提供的碳包覆凹凸棒黏土復合材料具有較強的吸附能力，用于吸附去除污水中的重金屬時具有顯著效果，對水中的二價鉛離子和六價鉻離子均具有良好的吸附去除能力。實驗結果表明，本發明提供的碳包覆凹凸棒黏土復合材料用于去除水中的重金屬離子時，其吸附能力高于凹凸棒黏土、活性炭、氧化性活性炭、碳的氣凝膠、碳納米管和殼聚糖聚合物等多種吸附劑，其在pH值為6.0時對水中二價鉛離子的最高吸附量為263.83mg/g，是凹凸棒黏土吸附量的4930倍；其在pH值為2.0時對水中六價鉻離子的最高吸附量為177.74mg/g，是凹凸棒黏土吸附量的2.5倍。

本發明還提供了一種碳包覆凹凸棒黏土復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將凹凸棒黏土與葡萄糖在水中混合，發生碳化反應后得到碳包覆凹凸棒黏土復合材料。

優選的，所述凹凸棒黏土與所述葡萄糖的質量比為1∶(3～8)。

優選的，所述葡萄糖與所述水的質量比為(3～8)∶76。

優選的，所述碳化反應的時間為24h～48h。

優選的，所述碳化反應的溫度為160℃～180℃。

優選的，還包括：

對所述碳包覆凹凸棒黏土復合材料進行洗滌。

優選的，所述洗滌具體包括：

采用水對所述碳包覆凹凸棒黏土復合材料進行第一次洗滌；

采用乙醇對所述碳包覆凹凸棒黏土復合材料進行第二次洗滌。