[发明专利]一种复合改性膨胀石墨的制备及其在印染废水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合改性膨胀石墨的制备方法及其应用领域，特指CTAB-KBr复合改性、低温电炉膨化制备膨胀石墨的方法及其在印染废水处理方面的应用。

背景技术

膨胀石墨是一种廉价而用途极广的材料，广泛应用于密封、导电、吸附、催化和医学材料等领域，尤其是在废液、废气及含油废水的处理方面。

合成染料在纺织、颜料、造纸、塑料、化妆品及食品等行业中被广泛使用, 因而全球每年排放的染料废水占工业废水总量的20%左右, 直接排放将对生态环境和人体健康构成严重威胁。由于生产的原料多为苯系、萘系、蒽醌、苯胺及联苯胺类化合物, 且染料多数具有性质稳定、色泽度高、生态毒性大等特点, 因而处理难度大, 对环境的影响大, 是典型的生物难降解、难处理有机工业废水之一, 其有效处理和再利用是行业清洁发展的关键之一。染料废水常用的处理方法包括化学法、生物法, 物理吸附法等, 其中吸附处理因其简单便捷备受重视。吸附剂的开发和利用是吸附处理的关键因素, 近年来发展起来的吸附剂有活性炭、有机膨润土、分子筛、活化煤以及黏土等, 大多以微孔为主，表面多发生单分子层吸附，且存在成本昂贵、吸附效果不佳等缺点。而膨胀石墨的以大中孔及通孔的孔结构，为多分子层吸附乃至在孔内发生凝聚提供了条件，因此，利用膨胀石墨特别是改性膨胀石墨作为吸附剂治理染料废水污染具有很大的发展前景。

陈志刚、孙力学等人首次以氨水为改性剂对膨胀石墨进行改性处理并用于甲醛气体的吸附，陈志刚等人以CTAB为改性剂对膨胀石墨进行表面处理，用于对甲醛的吸附处理，而以CTAB-KBr为改性剂、以低温电炉为膨胀设备对膨胀石墨进行改性处理并应用于印染废水的处理还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种CTAB-KBr复合改性、低温电炉膨化制备膨胀石墨的方法及其在印染废水处理方面的应用。将以天然鳞片石墨所制得的可膨胀石墨用CTAB-KBr复合改性剂进行表面改性，经水洗、烘干后，以低温电炉代替马弗炉为膨化设备，制得复合改性膨胀石墨。通过优化CTAB和KBr的用量、可膨胀石墨与复合改性剂的比例、浸渍温度、浸渍时间等工艺参数等使膨胀石墨表面负载含氮和含溴官能团。

本发明具体工艺过程是：将一定量的天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在不同浓度的CTAB-KBr复合改性剂溶液中，一定时间后水洗、烘干、膨化，得到改性膨胀石墨。其中CTAB、KBr浓度范围分别为0.02mol/L~0.12mol/L、0.05 mol/L~0.2 mol/L，所用溶剂为水、乙醇等，可膨胀石墨和复合改性剂的比例为1:0.1~1:0.5，浸泡温度为30℃~80℃，浸泡时间为5~8h，膨化设备为低温电炉，将其应用于不同印染废水的静态吸附。

本发明制备出的改性膨胀石墨是经过CTAB-KBr复合改性剂浸渍的膨胀石墨，CTAB-KBr复合改性剂溶液的加入增大了膨胀石墨的比表面积和孔隙度，增加了表面的活性，使吸附质在孔内发生多分子层吸附乃至发生凝聚。

印染废水含有羰基、-S=O和-NH-等极性基团，为极性吸附质，而膨胀石墨为表面非极性的非极性吸附剂，对极性吸附质的吸附能力较低，CTAB-KBr复合改性后的膨胀石墨在膨胀石墨表面引入了含氮官能团。

本发明的优点在于：经过CTAB-KBr复合改性剂溶液改性后的膨胀石墨提高了孔容，增加了表面活性，表面负载了丰富的官能团，因此提高了对印染废水的吸附能力；以低温电炉为膨胀设备，达到了节能的目的，可用于印染废水的净化处理。

附图说明

图1：改性前后的膨胀石墨孔结构的SEM照片。

图2：复合改性前后膨胀石墨的红外图谱。

表1：复合改性前后膨胀石墨对印染废水的吸附效果。

具体实施方式

以下将参照附图，对复合改性膨胀石墨的制备和对于印染废水的吸附应用及其应用效果进行详细的描述。应当说明的是，以下的实施案例仅用以说明本发明的技术方案的效果而非限制使用范围，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

实施案例1