[发明专利]碳包覆凹凸棒黏土复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种碳包覆凹凸棒黏土复合材料及其制备方法。

背景技术

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染，如铅、铬、镉、汞、砷等，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等认为因素所致，大部分表现在水污染中，少部分表现在大气污染和固体废物污染中。重金属不仅不能被生物降解，而且具有生物累积性，会给环境和人体健康造成严重的危害。如，饮用水中含有大量六价铬离子时，会增加罹患腹泻、膀胱癌、肝癌、肾癌、皮肤癌等疾病的风险；二价铅离子会影响人类的智力、红血细胞以及神经系统等；汞离子直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力的破坏性极大；铬会引起腹部不适、腹泻、过敏性皮炎、湿疹、咽炎、支气管炎等症状。

现有技术公开了多种去除水中重金属离子的方法，如沉淀法、离子交换法、反渗透法、膜分离法、电化学方法等，但是这些方法均存在成本较高、应用于工业中的可行性较差等缺点。而吸附法是指利用多孔性固体相物质吸附分离水中污染物的方法，其具有成本低、操作简单等优点，是目前去除水中重金属离子的研究热点之一。在采用吸附法去除水中重金属离子的过程中，多孔性固体相物质，即吸附剂是决定去除效率的关键因素，目前常用的吸附剂包括活性碳、氧化活性碳、碳的气凝胶、碳纳米管、壳聚糖复合物、活化煤、焦碳、煤渣、树脂、木屑等。但是，这些吸附剂均具有吸附容量小、吸附不完全等缺点。

凹凸棒黏土是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物，具有层链状结构，其理想的化学分子式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。凹凸棒黏土具有独特的结构，其晶体呈针状、纤维状集合体，单根纤维晶的直径在20nm左右，长度可达4μm，可作为纳米材料的前驱体。凹凸棒黏土具有阳离子交换性能、较大的比表面积、较好的悬浮性和耐盐性，因而具有较好的胶体悬浮性和吸附性能。本发明人考虑，对凹凸棒黏土进行表面处理增加凹凸棒黏土的吸附性能后，可用于去除污水中的重金属离子。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳包覆凹凸棒黏土复合材料及其制备方法，本发明提供的制备方法工艺简单，得到的碳包覆凹凸棒黏土复合材料吸附容量较大。

本发明提供了一种碳包覆凹凸棒黏土复合材料，包括：凹凸棒黏土和包覆在所述凹凸棒黏土表面的碳纳米颗粒。

优选的，所述凹凸棒黏土和所述碳纳米颗粒的质量比为1∶(0.5～3.5)。

优选的，所述碳纳米颗粒的直径为0.5nm～20nm。

与现有技术相比，本发明提供的碳包覆凹凸棒黏土复合材料包括凹凸棒黏土和包覆在所述凹凸棒黏土表面的碳纳米颗粒。本发明提供的碳包覆凹凸棒黏土复合材料具有较强的吸附能力，用于吸附去除污水中的重金属时具有显著效果，对水中的二价铅离子和六价铬离子均具有良好的吸附去除能力。实验结果表明，本发明提供的碳包覆凹凸棒黏土复合材料用于去除水中的重金属离子时，其吸附能力高于凹凸棒黏土、活性炭、氧化性活性炭、碳的气凝胶、碳纳米管和壳聚糖聚合物等多种吸附剂，其在pH值为6.0时对水中二价铅离子的最高吸附量为263.83mg/g，是凹凸棒黏土吸附量的4930倍；其在pH值为2.0时对水中六价铬离子的最高吸附量为177.74mg/g，是凹凸棒黏土吸附量的2.5倍。

本发明还提供了一种碳包覆凹凸棒黏土复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将凹凸棒黏土与葡萄糖在水中混合，发生碳化反应后得到碳包覆凹凸棒黏土复合材料。

优选的，所述凹凸棒黏土与所述葡萄糖的质量比为1∶(3～8)。

优选的，所述葡萄糖与所述水的质量比为(3～8)∶76。

优选的，所述碳化反应的时间为24h～48h。

优选的，所述碳化反应的温度为160℃～180℃。

优选的，还包括：

对所述碳包覆凹凸棒黏土复合材料进行洗涤。

优选的，所述洗涤具体包括：

采用水对所述碳包覆凹凸棒黏土复合材料进行第一次洗涤；

采用乙醇对所述碳包覆凹凸棒黏土复合材料进行第二次洗涤。