[發明專利]一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910142017.3
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109759015A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 李紹秀;崔逸陽;黃素;王志紅;李冬梅;蔣樹賢;馮力;賴嬋
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/34;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明屬于納米復合材料技術領域，尤其涉及一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料、制備方法及其應用。本發明提供的一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料，其支載骨架為碳納米管，碳納米管上復合有磁性鐵氧化物、二氧化錳和碳酸鈣。本發明提供的制備方法，包括步驟1：將碳納米管懸浮液、二價鐵鹽和三價鐵鹽在水中混合反應得到磁性碳納米管粉末；步驟2：將上述粉末和氯化錳、高錳酸鉀溶液在水中混合超聲反應，得到錳改性磁性碳納米管；步驟3：將錳改性磁性碳納米管、氯化鈣在水中混合反應得到復合材料。本發明還提供了上述材料在腐殖酸吸附再生中的應用。本發明解決了現有技術微波再生時間較長，能耗大且不利于經濟環保的技術問題。

技術領域

本發明屬于納米復合材料技術領域，尤其涉及一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料及、制備方法及其應用。

背景技術

腐殖酸是一種天然水體中廣泛存在的有機物，是由動、植物殘體經微生物和化學過程分解而形成。當水中的腐殖酸含量過高會影響天然水體的色度并產生令人不愉悅的氣味。更重要的是含有腐殖酸的水源在給水廠進行氯氣消毒的過程中容易產生致癌的消毒副產物，嚴重威脅人體健康。在微污染水源的飲用水凈化中腐殖酸的去除十分必要。

飲用水常規處理工藝不能去除水中腐殖酸。往往通過強化混凝、吸附、化學氧化、生物預處理和深度處理。其中吸附法簡單、便捷。碳納米管是一種新型的納米材料，已有研究表明其是一種有效的吸附劑，其對于疏水性有機物有較強的吸附能力，對于親水溶解性有機物，往往需要改性以提高吸附性能。碳納米管納米尺寸特征使其難于與水分離，因此，碳納米管磁化以便與水分離回收再生是碳納米管走向實際應用的必經途徑。微波再生是一種新興的物理再生法，環保無污染。相對于加熱再生，能耗大大降低。磁性碳納米管經過負載鈣后對腐殖酸有較好的去除效果，用微波法能有效再生，但仍存在耗時較長，耗能大，不經濟問題。因此，考慮實際應用，為節省再生成本，需要縮短微波時間。為此，開發一種既能對腐殖酸有較好去除效果，又能快速與水分離并且通過微波較短時間內再生的納米吸附材料。

以碳納米管為基材，對碳納米管磁化，并進行鈣修飾，得到載鈣磁性碳納米管。載鈣磁性碳納米管吸附水中的腐殖酸，之后在外加磁場的作用下與水快速分離，經微波輻射，載鈣磁性碳納米管得到再生。1g載鈣磁性碳納米管懸浮于40mL蒸餾水中，相當于載鈣磁性碳納米管濃度為25g/L，在微波功率600W、輻射30min條件下，再生前經超聲功率120W、超聲時間5min分散，載鈣磁性碳納米管的再生率為100.14％。

然而現有的方案在再生過程中需要時間較長，長時間的微波輻射造成能耗大，其再生效率還有待提高。此外，在再生過程中再生的粉體濃度不高，只有25g/L，對于再生一定量的吸附劑粉體而言，因每次再生粉體濃度不大，那么需要再生的次數多，能耗大，不利于經濟環保。

因此現有技術中存在的微波再生時間較長，能耗大且不利于經濟環保成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料、制備方法及其應用，解決了現有技術微波再生時間較長，能耗大且不利于經濟環保的技術問題。

本發明提供了一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料，其支載骨架為磁性鐵氧化物修飾的碳納米管；

所述磁性鐵氧化物修飾的碳納米管上復合有二氧化錳和碳酸鈣。

更優選的，所述碳納米管為酸化的多壁碳納米管(MWCNTs)。

更優選的，所述磁性鐵氧化物包括Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃。

本發明還提供了一種鈣錳修飾磁性碳納米管復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在堿性條件下，將碳納米管懸浮液、二價鐵鹽和三價鐵鹽在水中混合反應，陳化，得到磁性碳納米管粉末；