[发明专利]一种碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法及应用，属于废水处理技术领域。

背景技术

近年来，日益频繁的工业和农业等活动致使过量的污染物进入水体中，其中，典型的污染物包括重金属离子、有机污染物等，时刻威胁人类健康及自然环境，因此，如何高效处理水体中的污染物是现阶段研究的焦点。

在水体的去污处理中，较为常用的是吸附法，吸附是指固相-液相、固相-固相、固相-气相等体系中，某一相的物质密度或溶质含量在界面上发生改变的现象，主要作用机制包括配位络合与离子交换形式的化学吸附、静电引力与固相表面沉积的物理吸附。吸附法是利用固体材料吸附一种或多种污染物再利用合适的溶剂将其解吸出来，不仅达到去除污染物的目的，而且集中回收污染物实现再利用，具有简便操作、选择性多样、高效低耗等优点。吸附剂的选择通常要满足条件如下：(1)污染物在其上具有优势竞争力，(2)吸附容量及吸附速率高，(3)易再生，(4)吸附过程稳定且无有害物析出。鉴于上述原因，对吸附材料进行一定程度的改性，以增进吸附剂的吸附范围、吸附能力及可回收性等是很有必要的。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法及应用，该制备方法简单且成功率高，制备出的磁性微球能够有效吸附废水中二价铜离子和磺胺嘧啶，而且能够实现碳纳米管的有效回收。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种碳纳米管聚乙烯醇磁性微球的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备羧基化多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管、硝酸溶液及硫酸溶液按照比例1g：20-100mL：20-100mL混合均匀，静置反应0.5-10h，硝酸溶液的质量浓度为60-95%，硫酸溶液的质量浓度为60-95%。在氮气气氛（氮气压力为2-6Mpa）下水浴搅拌反应0.5-10h（搅拌速度为100-500rpm，搅拌桨半径为1-5cm），水浴温度为30-80℃，冷却后用聚四氟乙烯薄膜抽滤、去离子水洗涤至水洗液pH值为3-6，于40-80℃下真空干燥，得到羧基化碳纳米管；

S2、反相悬浮法制备磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球并氨基化：将聚乙烯醇、磁性α-三氧化二铁纳米粒子和蒸馏水按比例1g：0.1-1g：1-20 mL于沸水浴锅中混匀搅拌（第一次搅拌，搅拌速度为100-500rpm，搅拌桨半径为1-5cm）溶解，冷却至30-80℃，再加入液体石蜡和司班80，搅拌（第二次搅拌，搅拌速度为100-500rpm，搅拌桨半径为1-5cm）均匀后再加入盐酸溶液和双醛基聚乙二醇继续沸水浴搅拌（第三次搅拌，搅拌速度为100-500rpm，搅拌桨半径为1-5cm），其中聚乙烯醇与液体石蜡、司班80、盐酸溶液、双醛基聚乙二醇的用量比例为1g：1-20 mL：0.1-5 mL：1mL：0.1-1g；将得到产物进行离心，再次清洗，干燥得磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球，再将磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球进行氨基化；氨基化的具体操作过程为：取2g磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球和16mL环氧氯丙烷，加入到200mL pH=1的盐酸里，90℃水浴下转速1000rmp下搅拌10h后，用蒸馏水清洗三次，然后真空干燥48h，再取得到的1g磁性固体粉末倒入三口烧瓶中，之后加入3g氢氧化钠、0.5g四丁基溴化铵，快速倒入30mL乙二胺，水浴加热到90℃，持续搅拌10h，蒸馏水过滤并用石油醚清洗3次，真空干燥48h，得到氨基化的磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球。

S3、制备多壁碳纳米管-磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球：将步骤S2制得的氨基化磁性α-三氧化二铁聚乙烯醇微球与步骤S1制得的羧基化碳纳米管、1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺及蒸馏水按比例1g：0.1-4g：20-300 mg：20-300 mg：50-300 mL搅拌混匀（搅拌速度为100-500rpm，搅拌桨半径为1-5cm），将混合物离心处理后再加入去离子水混匀，将磁铁置于容器壁外，收集被磁铁吸附的固体，再次清洗，干燥得最终产物。

优选的，在前述步骤S1中，制备羧基化多壁碳纳米管时，多壁碳纳米管、硝酸溶液及硫酸溶液的用量比为1g：50 mL：50 mL，其中，硝酸溶液的质量浓度为90%，硫酸溶液的质量浓度为90%，静置反应时间为2 h。

同样优选的，步骤S1中的氮气压力为5MPa，水浴温度为80℃，搅拌速度为200 rpm，搅拌桨半径为2cm，搅拌反应时间为2h，真空干燥温度为60℃。