[發明專利]一種氧化鎂改性的碳納米管材料的制備方法及其在吸附回收磷中的應用

在審

• 申請號: 202110644027.4
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113398882A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 王婧軒;江守沛;喬森
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明公開了一種氧化鎂改性的碳納米管材料的制備方法及其在吸附回收磷中的應用，屬于功能材料合成和水處理技術領域。將多壁碳納米管攪拌分散在氯化鎂溶液中，采用共混?煅燒的方法對碳納米管進行修飾，制備得到氧化鎂改性的碳納米管；再將所得吸附劑加入到含磷酸鹽水體中，吸附回收水體中的磷酸鹽。本發明首次以該材料作為吸附劑，并將其應用于含磷水體的處理中。該吸附劑表現出對磷酸鹽優良的回收效果，而且制備簡便，pH適用范圍廣，吸附容量高，選擇吸附性好，循環再生效率高。本發明應用于回收水體中磷酸鹽具有良好前景，比如生活污水、化工廢水、富營養化河道水體的原位回收處理。

技術領域

本發明屬于功能材料合成和水處理技術領域，具體涉及一種氧化鎂改性的碳納米管材料的制備方法及其在吸附回收磷中的應用。

背景技術

磷是構成生物體不可或缺的重要元素，限制著生態系統最基礎的生產活動。自然界中的磷循環是單向流動的，使得磷礦成為一種不可再生、難以替代的資源。磷礦在全球分布不均，且儲量有限，而地球上已發現的具有開采價值的高品質磷礦更少。隨著世界人口的迅速增長，人們對磷的需求量日益增大，許多國家已將磷礦列為無法滿足國民經濟發展需求的礦種之一，據統計全球剩余可開采的磷礦石僅能維持50年。目前還未找到磷礦資源的替代品。與此同時，每年卻有大量的磷被排放到環境中。如果不將這一部分磷回收利用而是任其排放，不僅會造成磷資源的流失，還會導致一系列的環境問題，最典型的就是引起水體富營養化。從被污染的廢水中回收磷的潛力巨大。

目前常用的磷回收的方法主要有化學沉淀法、膜分離技術法、污泥焚燒法、離子交換法、生物法和吸附法等。其中化學沉淀法運行不穩定，試劑消耗量大，生物法處理速度慢，剩余污泥量大。這兩種方法不僅容易形成二次污染，而且只有在磷濃度較高時才具有明顯效果。膜分離技術只適用于特定的磷化合物和污水源，污泥焚燒法具有藥劑投加和能源消耗產生的高成本,以及焚燒可能造成的環境污染等問題，離子交換法的選擇性差，有毒，且需要頻繁更換樹脂。而吸附法具有成本低、效率高、可循環使用等優點，被認為是一種高效的磷回收方法。吸附法的關鍵是尋求合適的吸附劑，然而目前如下的缺點限制了其實際應用：(1)吸附選擇性差；(2)吸附容量低；(3)吸附劑難以脫附，因而重復利用性差。

金屬氧化物在生成的過程中發生軌道雜化，改變了金屬原子的結構，提高了其電子傳遞能力，可生成更多的吸附活性位點。金屬Mg的來源十分廣泛，在地殼及海水中儲量豐富，是生物必需的微量元素，同時對磷酸鹽有著較高的吸附容量，在磷酸鹽回收中具有較大潛力。目前以MgO改性制備吸附劑的研究很多。但MgO在制備的過程中容易發生團聚，使得其分散性較差，需要有基體為其提供附著位點以減少集聚性。多壁碳納米管(MWCNTs)有著較大的比表面積與中空管狀結構，能夠為Mg提供大量的附著位點，同時MWCNTs具有優良的導電性和穩定性等特性，這都使得MWCNTs能夠作為優良的吸附基體。以MWCNTs作為基體制備的吸附劑已經應用到了多種污染物的吸附回收中，MWCNTs穩定的物化性質可保證其相關復合材料能夠適應復雜的吸附環境。將碳納米管進行氧化鎂改性處理后應用于吸附回收磷酸鹽，目前尚未見相關報道。

發明內容

為解決上述一個或多個問題，本發明提供了一種氧化鎂改性多壁碳納米管的制備方法，并將其作為高效吸附劑用于吸附回收水體中磷。由于純MgO顆粒的共聚集傾向嚴重阻礙了其與磷酸鹽的有效接觸，而將其負載在MWCNTs上時，可以有效提高MgO的分散性，主要原因是MWCNTs提供了空間定位的成核位點。MWCNTs將MgO分散成納米片結構，進一步增加了有效表面積。

為實現上述發明的目的，達到上述技術效果，本發明可以采用以下技術方案：

一種氧化鎂改性的碳納米管材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將多壁碳納米管(MWCNTs)分散到MgCl₂·6H₂O溶液中，在室溫下經過12～48小時攪拌后，將混合物進行干燥；