[发明专利]一种硅藻土负载纳米碳复合吸附材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种硅藻土负载纳米碳复合吸附材料的制备方法，属于非金属矿物材料深加工与环境工程领域。

背景技术：

碳基吸附材料因其大的比表面积、发达的孔结构及优异的吸附性能，可广泛应用于水处理与空气污染治理领域，是一种理想的环境污染治理材料。活性炭吸附材料可去除有机废水中大部分有机物，溶解的有机物去除率通常可达90％以上，生物需氧量BOD、化学需氧量COD一般可去除30％～60％，另外还可以有效去除某些重金属离子。但是，由于商品活性炭的价格比较高、使用寿命短、再生难及操作费用高等缺陷，尚无法在工业上大范围使用；与此同时，由于纳米碳材料颗粒小、表面能高，易于团聚，造成分离困难并使其吸附性能下降。针对上述问题，科研工作者提出了将纳米碳颗粒的固定化技术，即将纳米碳颗粒负载到某些天然矿物载体表面，制备成负载型纳米碳颗粒复合吸附材料。下面四篇文献：(1)水热法改性凹凸棒石及其吸附性能的研究.应用化工，2010，39(4)：487-490；(2)Synthesisofanattapulgiteclay@carbonnanocompositeadsorbentbyahydrothermalcarbonizationprocessandtheirapplicationintheremovaloftoxicmetalionsfromwater,Langmuir,27(2011)8998-9004.(3)Simultaneoussorptionof4-nitrophenoland2-nitrophenolonahybridgeocompositebasedonsurfactant-modifiedpillared-clayandactivatedcarbon,ChemicalEngineeringJournal,279(2015)964-972.(4)Synthesisofclay/carbonadsorbentthroughhydrothermalcarbonizationofcelluloseonpalygorskite,AppliedClayScience,95(2014)60-66.分别采用水热复合的方式，制备了凹凸棒石、蒙脱石负载纳米碳吸附材料。虽然以天然凹凸棒石、蒙脱石、坡缕石等作为载体材料生产成本较低，但由于载体孔径小，负载纳米碳后载体孔道大多被堵塞，造成过滤速度慢、吸附性能差，影响复合材料高效吸附效果发挥与实际推广应用。

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要化学成分为非晶质SiO₂；具有松散、质轻、多孔且孔道呈有规律分布等特性，化学性质稳定，比表面积和孔体积较大，吸附、固定性能好，是一种优良的吸附载体材料。硅藻土的高比表面积、大的孔体积可以提高纳米碳的分散稳定性、污染物吸附速率与吸附能力；此外，我国拥有丰富的硅藻土资源，来源广泛，生产成本较低。文献(Anewcarbon–diatomiteearthcompositeadsorbentforremovalofheavymetalsfromaqueoussolutionsandanovelapplicationidea，MicroporousandMesoporousMaterial，(217)2015:63-70)报道了一种碳与硅藻土的复合吸附材料的制备方法，该方法以纤维素为碳源，通过95％浓硫酸、65％浓硝酸或者30％双氧水等化学碳化的方式实现硅藻土与碳的复合。该制备方法的制备过程中所用浓硫酸、浓硝酸、双氧水均为强腐蚀性原料，对反应设备及生产安全要求较高，且存在一定的安全隐患，生产废水难以处理且污染环境。

本项发明的目的是针对目前负载型纳米碳复合吸附材料的不足，提供一种以硅藻土为固定载体的硅藻土/纳米碳复合高效吸附材料的制备方法。这种复合吸附材料不仅吸附速率较高、吸附能力较强、分离效果好，而且生产工艺简单、成本较低、实用性好，生产过程对环境友好。因此，该种复合吸附材料在水处理领域具有良好的应用前景。

发明内容：

本发明以葡萄糖或淀粉为碳源，采用水热合成法将生成的纳米碳颗粒均匀地负载到硅藻表面，从而制备出一种以硅藻土为载体的纳米碳复合高效吸附材料。

用本发明制备的硅藻土负载纳米碳吸附材料，硅藻土中硅藻表面与孔道中均匀负载了纳米碳颗粒，纳米碳颗粒平均粒径为20～30nm；纳米碳负载量为硅藻土质量的20％～50％。

其制备方法及工艺步骤如下：