一种碳纳米管强化无机吸附剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管强化无机吸附剂、制备方法及其应用，所述的碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂粒径尺寸在50μm

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管强化无机吸附剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂的制备方法，尤其涉及一种引入碳纳米管提高吸附剂吸附效率，以及搅拌成形化过程，实现球形吸附剂的快速制备及对吸附剂粒径的有效控制，制备的碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂材料，属于功能化无机吸附材料的绿色制备


技术介绍

[0002]目前的工业发展伴随而来的就是工业固废、污水、废气排放导致的环境问题，农业、印料业、冶金工业、造纸工业等产业是工业污水排放的主要来源，治理不当便会引发人力、财力方面的成本损失。冶金工业中的焦化废水含有氨氮化合物和酚类，其中氨氮化合物化学性质不稳定，易在空气中发生反应生成有毒气体。由此可见，废水处理与否，极大程度关乎环境好坏以及人类健康。常用的废水处理方法中的吸附法具有成本低、去除效率高等优点，在实际污水处理中具有较高的应用价值。
[0003]碳纳米管(CNTs)作为碳的同素异形体具有特殊性能而备受关注。CNTs由于具有高比表面积、高孔隙率、高疏水性等特点，已成为一种优异的增强体材料，常用于导热体、陶瓷、储能材料、生物应用、空气和水过滤等方面。对CNTs进行功能化改性可有效提高其在聚合物基体中的分散性，通过增大吸附面积与吸附位点增强其作为复合材料的吸附能力。
[0004]因此，将碳纳米管引入到无机聚合物中，并在有机溶液中固化成型，实现纳米管强化的无机聚合物材料的球形化过程，实现球形吸附剂的快速制备及对吸附剂粒径的有效控制，获得碳纳米管强化的无机聚合物球形吸附剂，实现对污水中污染物的高效快速去除。制备的球形吸附剂粒径可控、尺寸可调，制备流程简单容易操作，适合大规模生产与应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对碳纳米管强化的无机聚合物球形吸附剂的制备困难，以及矿渣、粉煤灰等废渣粉体的高值利用问题，提供了一种通过反应过程中添加碳纳米管的方式，借助复合浆料在有机溶剂中的辅助球形成型工艺，提出了合成一种碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂的新工艺。利用矿渣、粉煤灰与碱溶液的反应特性及吸附特性，通过在合成过程中加入碳纳米管的形式，以及在有机溶液中旋转固化，实现了碳纳米管的原位引入及后续复合浆料的球形化，克服了无机聚合物球形化和低密度的制备难题，提供了一种碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术利用碳纳米管的吸附特性及微观纳米二维结构特性，通过控制碳纳米管的引入形式，将碳纳米管引入无机聚合物浆料中，并通过在聚乙二醇溶液中旋转球形化过程，实现了复合浆料的球形化，获得了碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂，其特征在于：以特定含量及功能化的碳纳米管为功能化纳米添加物，以特定配比的矿渣、粉煤灰和碱激发溶液为浆料的原料，将碳纳米管引入特定反应阶段的浆料中，在机械搅拌作用下，通过在聚乙
二醇有机溶剂中的球形化，实现碳纳米管强化无机聚合物球形化过程的制备成型，再经过去碱过程，获得碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂。所获得的球形吸附剂球形完整，粒径在50μm
‑
2000μm，尺寸可控，以非晶结构为主，孔隙结构丰富，表面有利于吸附的多种官能团。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂的制备方法，以特定含量及功能化的碳纳米管为功能化纳米添加物，以特定配比的矿渣、粉煤灰和碱激发溶液为浆料的原料，将碳纳米管引入特定反应阶段的浆料中，在机械搅拌作用下，通过在聚乙二醇有机溶剂中的球形化，实现碳纳米管强化无机聚合物球形化过程的制备成型，再经过去碱过程，获得碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂；制备过程按照如下步骤进行：
[0009](1)碱激发溶液的配置：在质量分数为35
‑
45％的硅胶溶液中按照摩尔比(0.8
‑
1.2):1加入氢氧化钾，使用磁力搅拌器搅拌得到碱激发溶液；
[0010](2)含有碳纳米管碱激发溶液的配置：将碳纳米管采用硫酸溶液进行羧基化处理，使其表面具有羧基等功能基团，然后将碳纳米管缓慢加入步骤(1)中所配置的碱激发溶液，其中碳纳米管与碱激发溶液的质量比为(1
‑
10):(40
‑
45)，获得含有纳米管的碱激发溶液，对溶液采用超声分散处理，获得分散良好的含碳纳米管碱激发溶液；
[0011](3)粉煤灰和矿渣的混合预处理：将粉煤灰和矿渣粉体采用机械破碎的方式研磨，置于烘箱中烘干，通过筛子筛分，将粉煤灰与矿渣按照一定质量机械搅拌混合，其中粉煤灰与矿渣的质量比为(1
‑
2):1；
[0012](4)碳纳米管/无机浆料的配置：向步骤(2)中超声后得到的含碳纳米管碱激发溶液中加入步骤(3)得到的混合粉末，其中混合粉末与步骤(2)得到的含有碳纳米管的碱激发溶液的质量比为(3
‑
5)：(4
‑
5)，并加入一定量的去离子水调节无机聚合物浆料的粘度，去离子水与步骤(1)得到的碱激发溶液的质量比为(1
‑
10)：(4
‑
5)，使用电动搅拌器机械搅拌，得到碳纳米管/无机浆料；
[0013](5)复合浆料的球形化过程：在60
‑
80℃的高温条件下及机械搅拌的辅助下，将步骤(4)中所得到的碳纳米管/无机浆料分多次缓慢滴入到聚乙二醇有机溶液中，碳纳米管/无机浆料在机械搅拌作用下固化成小球，随搅拌器旋转悬浮于聚乙二醇中，取出，并置于60
‑
80℃烘箱中干燥固化1
‑
3天，取出后先采用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，继续置于60
‑
80℃烘箱中干燥固化3
‑
5天，获得碳纳米管强化无机聚合物球形材料；
[0014](6)碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂的去碱处理：将步骤(5)中获得的碳纳米管强化无机聚合物球形材料置于去离子水中，滴加盐酸溶液中和多余的碱性，在振荡器辅助下震荡浸泡1
‑
3天去除多余碱性，至pH达到7时为止，取出后用无水乙醇清洗1
‑
3次，之后置于25
‑
80℃干燥0.5
‑
1天，即可获得碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂。
[0015]所述的步骤(1)中，碱激发溶液配置时，磁力搅拌器搅拌时间为10
‑
200min。
[0016]所述的步骤(2)中，对溶液采用超声分散处理时间为5
‑
360min。
[0017]所述的步骤(3)中，粉煤灰和矿渣粉体机械破碎后粒径为1
‑
10μm；烘箱烘干温度为40
‑
80℃；用100
‑
200的筛子筛分；机械搅拌时间为1
‑
10min。
[0018]所述的步骤(4)中，搅拌器机械搅拌时间为10
‑
30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管强化无机吸附剂的制备方法，以特定含量及功能化的碳纳米管为功能化纳米添加物，以特定配比的矿渣、粉煤灰和碱激发溶液为浆料的原料，将碳纳米管引入特定反应阶段的浆料中，在机械搅拌作用下，通过在聚乙二醇有机溶剂中的球形化，实现碳纳米管强化无机聚合物球形化过程的制备成型，再经过去碱过程，获得碳纳米管强化无机聚合物球形吸附剂；其特征在于，制备过程按照如下步骤进行：(1)碱激发溶液的配置：在质量分数为35
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45％的硅胶溶液中按照摩尔比(0.8
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1.2):1加入氢氧化钾，使用磁力搅拌器搅拌得到碱激发溶液；(2)含有碳纳米管碱激发溶液的配置：将碳纳米管采用硫酸溶液进行羧基化处理，使其表面具有羧基功能基团，然后将碳纳米管缓慢加入步骤(1)中所配置的碱激发溶液，其中碳纳米管与碱激发溶液的质量比为(1
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10):(40
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45)，获得含有纳米管的碱激发溶液，对溶液采用超声分散处理，获得分散良好的含碳纳米管碱激发溶液；(3)粉煤灰和矿渣的混合预处理：将粉煤灰和矿渣粉体采用机械破碎的方式研磨，置于烘箱中烘干，通过筛子筛分，将粉煤灰与矿渣按照一定质量机械搅拌混合，其中粉煤灰与矿渣的质量比为(1
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2):1；(4)碳纳米管/无机浆料的配置：向步骤(2)中超声后得到的含碳纳米管碱激发溶液中加入步骤(3)得到的混合粉末，其中混合粉末与步骤(2)得到的含有碳纳米管的碱激发溶液的质量比为(3
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5)：(4
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5)，并加入一定量的去离子水调节无机聚合物浆料的粘度，去离子水与步骤(1)得到的碱激发溶液的质量比为(1
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10)：(4
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5)，使用电动搅拌器机械搅拌，得到碳纳米管/无机浆料；(5)复合浆料的球形化过程：在60
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80℃的高温条件下及机械搅拌的辅助下，将步骤(4)中所得到的碳纳米管/无机浆料分多次缓慢滴入到聚乙二醇有机溶液中，碳纳米管/无机浆料在机械搅拌作用下固化成小球，随搅拌器旋转悬浮于聚乙二醇中，取出，并置于60
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80℃烘箱中干燥固化1
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3天，取出后先采用去离子水清洗，再用无水乙醇清洗，继续置于60
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【专利技术属性】
技术研发人员：闫姝，任晓琦，黄凯，冯雪，都兴红，邢鹏飞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：