[發明專利]一種鑭改性碳納米管水凝膠其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210765385.5
• 申請日: 2022-07-01
• 公開（公告）號: CN115121228B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 范福強;梁宏偲;劉帥;王圣瑞;豆俊峰;林慰
• 申請（專利權）人: 北京師范大學珠海校區
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/10
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

本發明提供一種鑭改性碳納米管水凝膠及其制備方法和應用。本發明選用氨水作為pH調節劑和共沉淀劑制備鑭改性碳納米管，然后將鑭改性后的碳納米管進一步制備成水凝膠，制備得到的鑭改性碳納米管水凝膠吸附材料可以在更寬的pH范圍內(pH＝3～10)，對污水中的磷均具有更好的去除效果。

技術領域

本發明涉及污水處理技術領域，尤其是一種鑭改性碳納米管水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

水體富營養化是指，由于人類活動，氮、磷等營養物質排入水體，導致水體中藻類大量繁殖，使得水體中溶解氧含量大幅下降，水體發臭以及水生生物的大量死亡。磷是主要引起水體富營養化的因素之一，主要污染源包括生活污水及工業廢水、降雨、降雪、地表徑流及養殖業的牲畜糞便等。隨著經濟的快速發展，人們過量的使用含磷化肥，使得土壤過量的磷進入到地表水，導致地表水磷含量急劇上升。水體中的磷過量積累，會使得藻類在水中大量繁殖，水中溶解氧含量急劇下降，魚蝦缺氧死亡，水質進一步惡化，散發出令人惡心的惡臭。水中藻類增加，這其中有些藻類含有藻毒素，對人的飲水安全產生影響。

目前，去除水體中磷的方法有生物法、化學法、膜分離法、結晶法、吸附法等。吸附法由于其容量大、能耗少、速率快、污染小等優點而得到了廣泛應用與研究。現在用于水體除磷的吸附劑主要有生物炭類、水滑石類、金屬氧化物類、廢物廢渣類、黏土礦石類、其他材料及其改性物質。傳統的吸附劑對于磷酸鹽的專性吸附能力較差，效果不太理想，改性吸附劑能夠很好的彌補傳統吸附劑的不足，較大程度的提升吸附磷酸鹽的能力。

鑭對于磷酸根具有較強的親和力，并且鑭改性后的吸附材料比表面積較大，有利于吸附材料充分利用自身的空隙特性對磷元素進行物理截流。鑭改性材料的原料通常采用孔隙率較大的材料，如天然黏土材料、碳基材料、無機金屬氧化物材料等。其中，碳納米管是一種一維的納米級材料，具有孔隙結構豐富、比表面積較大的優點，缺點在于碳納米管在水中容易產生團聚現象，影響其吸附能力，需要進行改性以降低其團聚程度，所以考慮引入鑭對碳納米管進行改性。與此同時，粉末狀的碳納米管尺寸過小，吸附污染物之后存在難以固液分離以及再次回收利用的問題。

因此，需要設計制備一種廉價易得、吸附性能卓越、利于回收利用且生態環保的磷吸附材料。

發明內容

基于此，本發明的目的在于，克服現有的水體磷吸附材料存在的吸附能力差、危害生態、難以將磷從水體中分離后進行回收利用的缺陷，提供一種磷吸附效果好、易從水體中分離回收的鑭改性碳納米管水凝膠的制備方法。

本發明的另一目的在于，提供由所述制備方法制備得到的鑭改性碳納米管水凝膠。

本發明的另一目的在于，提供所述鑭改性碳納米管水凝膠在污水除磷中的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鑭改性碳納米管水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

S1.將羧基化碳納米管與可溶性鑭鹽在水中充分混合均勻得到混合溶液，然后加入氨水調節pH至10.5～11，攪拌進行共沉淀反應，分離出固體產物并冷凍干燥后，得到鑭改性碳納米管粉末；

S2.將步驟S1.得到的鑭改性碳納米管粉末與海藻酸鈉溶均勻溶解于水中得到水凝膠前驅體混合溶液，將混合溶液滴加到交聯劑的水溶液中，即可得到所述鑭改性碳納米管水凝膠。