[发明专利]一种基于碳纳米管的球形多孔吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种碳纳米管的球形多孔吸附剂及其制备方法与应用，其采用反相悬浮聚合法，经交联剂和引发剂处理，使多壁碳纳米管与β‑环糊精复合后，再经高温煅烧制备成基于碳纳米管的球形多孔吸附剂。所得球形多孔吸附剂的粒径为0.5~1.4 mm，比表面积为85.8~332.1 m²/g，孔的平均直径为6.4~29.0 nm，总孔容为0.183~0.533 cm³/g，其对有机污染物4‑氯苯酚具有较好的吸附性能，吸附量为56.7~105.2 mg/g，可用于作为废水中4‑氯苯酚的吸附材料。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管的球形多孔吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

环境中的酚主要来自炼焦、炼油、制取煤气、制造酚及其化合物和用酚作原料的工业排放的含酚废水和废气等。酚及其化合物是一种有毒性的物质，它们可经皮肤、粘膜、呼吸道和口腔等多种途径进入人体，在体内与细胞中的蛋白质发生化学反应，使细胞失去活性，并且还侵犯神经中枢，刺激脊髓，最终将导致全身中毒。而不经处理的含酚废水排入到自然环境中，酚便会挥发进入大气或渗入地下，污染大气、地下水和农作物，对生态环境和人的健康造成了严重的危害。目前处理含酚废水的方法主要有化学法、生物法和物理法。其中化学处理法需要的反应试剂较多，运行费用高，并且存在二次污染的问题；生物法也有预处理要求高、经济效益较差、污泥量大等缺点，而且微生物菌群对有毒物质有选择性降解；物理法包括溶剂萃取法、吸附法等。从废水处理效率和资源回收再利用方面考虑，吸附法是一种具有设备流程简单、可实现废水中有用资源有效回收利用、处理效果稳定、吸附量大的方法，在水体污染防治领域中有着重要的作用。因此，开发经济有效的吸附剂去除废水中的酚类有机物是当代环境工作者极为关注的重大问题之一。

目前用于去除废水中的酚类有机污染物的吸附剂主要有黏土矿物类吸附剂，树脂吸附剂，合成吸附剂，碳质吸附剂等。黏土矿物类吸附剂包括膨润土、蒙脱石、凹凸棒土、硅藻等，它具有储量大、价格低的优点。但是，它必须经过适当的预处理， 使吸附剂表面去质子化，活化吸附位点，改善吸附剂化学性能，才可更好的发挥其吸附性。此外，生产黏土矿物类吸附剂还存在产量低、品种少、安全性、二次污染等问题。树脂吸附剂是一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物。它具有较大的比表面积和适当的孔径，对有机污染物具有良好的选择性。但是树脂吸附剂的价格较贵，种类有限，吸附效果易受流速以及溶质浓度的影响。合成吸附剂一般是由两种或者两种以上的吸附材料合成。合成吸附剂能够克服单一吸附材料的不足，能最大程度的发挥两种材料的吸附性能，但是该类吸附剂对制备工艺的要求较高。碳质吸附剂包括活性炭、活性炭纤维、碳纳米管等纯碳结构的吸附剂，它们具有发达的孔隙结构、大的比表面积、优良的吸附性能和稳定的物理化学性质，被广泛的用于吸附有机污染物。

普通的多孔碳的孔是由其自身的结构缺陷形成的，孔径体系具有一定的随意性。碳纳米管是由石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成，能够形成完整规则的孔隙结构。碳纳米管的开口中空管腔（0.4~5 nm），管间的狭长孔隙（约0.4 nm）以及在管束之间所形成的堆积孔（约 100 nm）的存在给碳纳米管提供了大量的吸附位点，能够快速的吸附污染物。但是，碳纳米管用于吸附废水污染物后不易回收，损失较大。此外，碳纳米管比表面活性较高、大的长径比使得碳纳米管很容易纠缠在一起形成较大的团聚体，极大地削弱了单根碳管所表现出的优异的吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳纳米管的球形多孔吸附剂及其制备方法与应用，其所得球形多孔吸附剂粒度分布均匀、吸附性能好、容易回收再利用，且其制备工艺简单，有利于实现大批量连续制备。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：

一种基于碳纳米管的球形多孔吸附剂的制备方法，其包括如下步骤：