[發明專利]一種水體深度凈化用自組裝復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210277790.2
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114602432B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李海龍;孟凡悅;楊建平;屈文麒;楊澤群
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明公開了一種水體深度凈化用自組裝復合材料及其制備方法和應用，將硫、磷機械改性的粉末碳材料自組裝在孔隙結構發達、存儲空間大的載體上，用含巰基活性基團的封裝改性劑進行表面修飾，自組裝復合材料中的碳、硫、磷、巰基、羥基活性基團等均可提供豐富的活性位點，凈水過程中物理吸附和化學吸附的協同作用，實現水體中重金屬的一體化深度固定脫除，達到直接排放或直接飲用標準。本發明所提供的復合材料脫除效率高、化學性質穩定、持續時間長，易于工業化生產，凈化過程簡單，為家用自來水、天然水體、污水處理廠水體中重金屬深度處理提供了一種新的思路。

技術領域

本發明屬于水體處理與深度凈化領域，具體而言，涉及一種水體凈化用自組裝復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

水是人類生產生活中賴以生存的資源，水資源影響著經濟社會發展和人民生活水平。隨著工業的發展和城市化進程，人類對水資源的需求日益增長，也帶來了嚴重的水污染問題。工業污水、生活廢水、農業生產廢水的排放嚴重影響飲用水安全。水污染一個重要表現就是水體中重金屬超標。水體中重金屬會對水生動物的新陳代謝和生長發育造成重大影響，造成魚類的胚胎發育異常，影響水生生物的性別，嚴重的會造成整個種群的滅亡；重金屬進入人體內，會嚴重損傷人體免疫系統和神經系統，引起心腦血管疾病，影響骨骼發育，導致高血壓，引起腎功能障礙，造成四肢麻痹，嚴重的會導致昏迷甚至死亡。

國內外愈發關注飲用水的安全，在提高飲用水水質標準的同時，釆取了強化常規處理(沉淀池、生物池和后沉淀池處理)和加強管網改造與管理等一系列措施確保飲用水安全。但經常規處理后，許多水體中重金屬濃度仍超標，不能直接排放或飲用，需對水體中的重金屬進行再次深度處理。

吸附法是利用多孔的高比表面積的固體吸附劑去除水體中重金屬的方法，是處理水體中重金屬的常規技術。目前正在研究的用于脫除水體中重金屬的吸附劑種類眾多，不同吸附劑的吸附性能參差不齊。活性炭是目前在工業上應用最多的吸附材料，傳統的活性炭吸附容量較低，改性后活性炭吸附性能可大幅度提升，但改性成本高，且容易造成二次污染；礦物型吸附劑來源廣，環境相容性好，但吸附量較低，選擇性差；人工合成的高分子吸附劑吸附容量大，且具有較好的選擇性，但化學穩定性較差。值得注意的是，目前可用的吸附劑深度脫汞的能力較差，僅適宜應用在污水處理的前端，將含汞廢水中汞濃度降到相對較低的水平，做不到徹底脫除，故不適宜處理含痕量重金屬的生活用水和自來水。因此，開發新型高效、適用范圍廣、選擇性高、化學穩定性好的可應用于生活用水和飲用水中深度凈化過程的重金屬吸附材料具有重要意義。

發明內容

為了克服現有重金屬吸附劑的缺點，提高環保與經濟效益，實現生活用水和自來水中重金屬的深度脫除，到達直接排放或直接飲用的標準，本發明提供了一種水體深度凈化用自組裝復合材料及其制備方法和應用，本發明所提供的水體深度凈化用自組裝復合材料可對含痕量重金屬的生活用水和自來水進行深度凈化，使處理后用水達到直接飲用的標準。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種水體深度凈化用自組裝復合材料的制備方法，包括如下步驟：將碳材料、硫粉、紅磷混合獲得碳基復合材料，然后將碳基復合材料與載體投入混合液中，反應，即得自組裝復合材料；所述混合液由有機封裝改性劑與乙醇混合獲得。

本發明的制備方法，先優選出既具有優異的重金屬吸附效果，又易于在載體上自組裝的無機材料，混合形成碳基復合材料，然后將碳基復合材料與載體置于含有機封裝改性劑與乙醇的混合液中，同步的將碳基復合材料與有機封裝改性劑共同自組裝于載體上獲得自組裝復合材料，發明人發現，有機封裝改性劑不僅自身能夠很好的自組裝于載體中，而且能夠促進碳基復合材料在載體上的自組裝，同時與碳基復合材料在脫除重金屬性能上也能形成協同的促進作用。

優選地，所述碳材料先依次浸泡于酸溶液、堿溶液中，然后洗滌至中性后烘干。發明人發現，將碳材料先經過酸、堿處理，一方面可以脫除碳材料中的雜質，使碳材料的表面成分暴露，另一方面可以一定程度改變表面的靜電吸附能力，利于封裝。