[发明专利]高效吸附水相中单环芳香烃的活化碳纳米管吸附剂

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料与环境科学技术领域，尤其涉及一种用于水溶液中单环芳香烃的高效快速吸附去除的活化碳纳米管吸附剂。

背景技术

单环芳香烃(MAHs)，单环芳香烃包括苯系物(BTEX)和苯的多元取代物。苯系物是指苯、甲苯、乙苯、二甲苯同分异构体等物质。苯的多元取代物是指乙基、甲基苯、三甲基苯、四甲基苯等含有多个取代基的单环芳香烃类物质。MAHs是一种挥发性有机污染物，其中苯是一种致癌物质。美国环境保护署(EPA)将苯、甲苯、乙苯和二甲苯等多种苯系物列为优先监测的有害污染物。随着经济的发展和科技的进步，大量的单环芳香烃污染物进入水环境中，对水环境造成严重污染，危及人体健康。这已经成为人类社会可持续发展所面临的重要环境问题。吸附法是一种设备投资小，操作简单，快速且易于广泛应用的去除水相中苯系物的方法。该方法的关键在于寻找和开发具有高吸附容量的高效、快速的新型吸附材料。

碳纳米管作为一种新型优良的碳纳米材料，在环境保护领域的应用研究已经成为人们广泛关注的热点课题。碳纳米管是由日本电镜学家饭岛博士(Iijima)于1991首次报道，它是由石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，特殊的结构决定了碳纳米管具有独特的物理、化学性质，较高的比表面积、可控的孔径分布以及可修饰的表面化学等特性，这些性能克服了许多传统吸附剂的缺陷，使其对污染物具有较高的吸附亲和性，成为一种理想的候选吸附材料。但是碳纳米管不溶于水，这将影响其在水溶液中的吸附性能，此外对碳纳米管及其相关材料的研究多集中在对重金属离子的去除上，而对有机物的吸附不能令人满意。因此，利用碳纳米管作为吸附剂材料，采用恰当的活化剂对碳纳米管进行活化改性，获得能够在水溶液中均匀分散，同时对有机污染物具有良好吸附性能的新型碳纳米吸附材料也是一个亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高效吸附水相中单环芳香烃的活化碳纳米管吸附剂。本发明充分利用碳纳米管表面独特的物理化学特性，通过氢氧化钾活化手段大幅度提高其对水溶液中有机污染物的吸附性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种高效吸附水相中单环芳香烃的活化碳纳米管吸附剂，所述活化碳纳米管吸附剂是通过以下方法制备而得的：将碳纳米管与氢氧化钾粉末混合，研磨均匀；置于反应容器中通入惰性气体进行反应，升温至650～900℃，调节载气；反应持续进行0.5～3小时，将反应产物取出降温后，加入去离子水反复洗涤、抽滤直至溶液pH值为中性时止；真空干燥，即得。

优选的，所用碳纳米管与氢氧化钾的质量比为1∶1～1∶6。

优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

优选的，所述碳纳米管的管径为1nm～50nm，管长为1μm～1mm。

优选的，所述升温是以15℃/min的速率升温至650～900℃的。

优选的，所述惰性气体为氮气或氩气。

优选的，所述调节载气具体为调节所述惰性气体流量为8～100L/h。

优选的，所述真空干燥具体为将洗涤、抽滤后的反应产物分散于酒精中，放入120℃真空干燥箱中干燥。

优选的，所述反应容器为石英管式炉。

优选的，所述碳纳米管吸附剂吸附的水相中的单环芳香烃为苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、苯酚中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、充分利用碳纳米管表面独特可修饰的物理化学特性，通过简单的氢氧化钾活化手段大幅度提高其对水溶液中有机污染物的吸附性能。

2、制备过程时不产生对环境有污染的副产物，并且仅采用常规化学试剂氢氧化钾，原料简单易得，成本低廉。

3、本发明制备工艺简单、条件易控，适于大批量生产，处理过程对碳纳米管管壁结构未产生较大破坏，提高碳纳米管的比表面积，改善了碳纳米管的疏水性，制备出高效快速吸附水溶液中单环芳香烃的碳纳米管吸附剂。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1