[發(fā)明專利]一種可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611109634.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN106622126B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜玉成;張時(shí)豪;孫靖忠;王金淑;吳俊書
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/70;B01J23/20;C02F101/22
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于重金屬離子吸附凈化及毒性降解材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合吸附劑制備方法和應(yīng)用，更具體的涉及一種碳纖維負(fù)載吸附降解Cr(Ⅵ)的納米結(jié)構(gòu)(花、片、線)復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，可高效吸附降解Cr(Ⅵ)。

背景技術(shù)

鉻及其化合物所引起的污染對(duì)我國(guó)的環(huán)境已產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，鉻鹽行業(yè)長(zhǎng)期被列為我國(guó)嚴(yán)重污染行業(yè)之首。環(huán)境中的鉻元素一般以三價(jià)和六價(jià)存在，但是這兩種穩(wěn)定存在的鉻元素性質(zhì)卻大不相同，一定量的三價(jià)鉻能夠在一定程度上降低人體血糖濃度，加快糖和身體所需物質(zhì)的新陳代謝過程。人體胰島素活性以及應(yīng)激反應(yīng)能力也可以通過三價(jià)鉻進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。而六價(jià)鉻則有強(qiáng)氧化性，它的強(qiáng)氧化性使得它在人體中具有極大的破壞作用，能夠引起細(xì)胞癌變，對(duì)各種生物都能造成較為嚴(yán)重的危害。因此，在對(duì)污水中Cr(Ⅵ)而進(jìn)行去除的同時(shí)，將Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，實(shí)現(xiàn)Cr(Ⅵ)的毒性降解，可有效解解決Cr(Ⅵ)毒性轉(zhuǎn)移所造成的二次污染問題。目前，含鉻廢水的處理方法主要有吸附法、化學(xué)法、離子交換法、電化學(xué)法以及生物法等。其中工業(yè)應(yīng)用最多的為吸附法，因其簡(jiǎn)單方便，適用于低濃度含鉻廢水的深度凈化。但吸附法去除鉻、砷等重金屬酸根陰離子，受限于材料的吸附效能。具有多孔、大比表面和豐富表面官能團(tuán)，是優(yōu)異的鉻離子吸附劑。能滿足上述性能要求的吸附劑，價(jià)格均較為昂貴。

納米結(jié)構(gòu)材料是表面活性官能團(tuán)最為豐富的材料，可顯著提高材料的比表面積和氧化、還原等化學(xué)活性，但納米結(jié)構(gòu)吸附劑存在顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重和吸附劑難于后續(xù)處理，且易以造成浪費(fèi)和二次污染問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種既能吸附又能催化降解重金屬Cr(Ⅵ)離子的復(fù)合材料。

本發(fā)明的第二個(gè)目的提供上述復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供所述復(fù)合材料在吸附降解Cr(Ⅵ)中的應(yīng)用。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料，為在碳纖維上負(fù)載有納米結(jié)構(gòu)氧化鈮，其制備原料包括Nb₂O₅粉末、氫氟酸、氨水、乙酸、草酸銨、十二烷基硫酸鈉、碳纖維等。優(yōu)選地，其制備原料還包括去離子水、乙醇等。

優(yōu)選地，所述可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料，由包括以下重量份的原料制成：Nb₂O₅粉末0.5-2份、氫氟酸10-30份、氨水10-50份、乙酸10-30份、草酸銨0.3-1份、十二烷基硫酸鈉0.1-0.5份、碳纖維0.1-0.5份。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料，由包括以下重量份的原料制成：Nb₂O₅粉末0.5份、氫氟酸10份、氨水15份、乙酸15份、草酸銨0.5-0.6份、十二烷基硫酸鈉0.1份、碳纖維0.1份。

上述可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料，其原料還包括氫氟酸、氨水、乙酸，氫氟酸的用量以使Nb₂O₅粉末溶解為準(zhǔn)，氨水用量以使Nb₂O₅沉淀為準(zhǔn)。

優(yōu)選地，以g/mL計(jì)，Nb₂O₅粉末與氫氟酸的質(zhì)量體積比為0.5:10。

優(yōu)選地，以g/mL計(jì)，Nb₂O₅粉末與氨水的質(zhì)量體積比為0.5:15。

優(yōu)選地，以g/mL計(jì)，Nb₂O₅粉末與乙酸的質(zhì)量體積比為0.5:15。

所述碳纖維包括碳含量大于90％的碳纖維、碳含量大于99％的碳纖維中的一種或兩種；優(yōu)選為碳含量大于90％的碳纖維。

本發(fā)明還提供上述可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比取各原料，將Nb₂O₅粉末，放入反應(yīng)釜中，加入適量氫氟酸溶解，再加入適量氨水沉淀，制得鈮酸粉體(作為前軀體)，備用；

(2)按配比將鈮酸粉體、草酸銨、十二烷基硫酸鈉、碳纖維，加入適量乙酸中，攪拌至均勻溶解，制得懸浮液；

(3)將所得懸浮液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，于溫度140-200℃恒溫加熱8-20h，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾，分別用乙醇和去離子水洗凈，低溫干燥制得所述碳纖維復(fù)合材料。

具體地，上述可吸附降解Cr(Ⅵ)碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：