[发明专利]一种可再生的纳米碳材料涂覆纤维吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种可再生的纳米碳材料涂覆纤维吸附剂及其制备方法。本发明材料包括聚多巴胺类表面接枝的纤维基层和纳米碳材料层，其中纳米碳材料层为氧化石墨烯或酸化碳纳米管的一种或两种的混合物。纳米碳材料涂覆纤维在经过10次的吸附‑解吸附处理后，吸附量仍达到原来的80％。本发明在纤维表面形成多巴胺类物质表面接枝层，该表面接枝层使得纤维表面含有氨基，利用氨基在酸性条件下带正电荷这一原理实现其与含有负电荷的纳米碳材料的电荷吸附，最终得到纳米碳材料涂覆纤维，该纤维具有良好的吸附染料废水的能力。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域和染料废水处理领域，涉及一种可再生的纳米碳材料涂覆纤维吸附剂及其制备方法。

背景技术

随着染料与印染工业的发展，其生产过程中排放出的废水已成为当前最重要的水体污染源之一。这类废水属于含有一定量有毒物质的有机废水，具有色度深、毒性强、成分复杂多变、排放量大、分布面广、难以生化降解等特点，若不经处理，直接排放将给生态环境带来严重危害，因此染料废水的处理是化工环保行业关注的焦点。

目前国内外通常使用物理化学法、生物法或化学法等对染料废水进行处理。其中包括吸附、膜分离、萃取、混凝、光催化氧化、电化学氧化、超声波降解、生物处理和臭氧化等方法，但是这些处理技术通常有一些缺点，如产生二次污染、费用较为昂贵等，在这些处理方法中吸附法因其去除效率高、安全兀毒且操作简单的优点受到越来越多的青睐。

常用的吸附剂主要有碳纳米管、石墨烯、离子交换树脂、二氧化硅和硅藻上等。碳纳米管和石墨烯作为纳米材料，具有极大的比表面积，而且经过一定的处理后含有羟基、羧基和环氧基等含氧基团，有利于更好地吸附染料废水中的有害物质，因而被认为在染料吸附方面有更高的效率。专利公开号为CN 105056899A的中国专利提供了一种制备染料废水吸附剂的方法，该方法通过共混制备得到的氧化石墨烯/纳米微品纤维素复合材料，增强染料吸附能力，尤其是低浓度染料的吸附效果尤为明显；专利公开号为CN106902762A的中国专利制备一种氧化石墨烯/多壁碳纳米管/磁性好氧颗粒复合吸附剂，该吸附剂能够有效的处理染料废水，尤其是阳离子染料。

上述专利得到的吸附材料往往是经过共混得到的，呈粉末状，分散性差；在废水中完成吸附后，回收的难度较大，容易产生二次污染；同时，吸附材料很难进行循环使用，使得制作成本提高。因此，需要开发一种具有高吸附效率、分散性好，并且便于回收利用的纳米吸附剂。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种可再生的纳米碳材料涂覆纤维吸附剂。

本发明可再生的纳米碳材料涂覆纤维包括聚多巴胺类表面接枝的纤维基层和纳米碳材料层，其中纳米碳材料层为氧化石墨烯或酸化碳纳米管的一种或两种的混合物。

所述的可再生的纳米碳材料涂覆纤维在经过10次的吸附解吸附处理后，吸附量仍达到原来的80％。

本发明的第二个目的是提供一种可再生的纳米碳材料涂覆纤维的制备方法，该方法的具体步骤是：

步骤(1)、纳米碳材料分散液的配制：

常温下将纳米碳材料粉末加入到分散介质中，且分散液介质的pH值为0.5～6，先机械搅拌10～20min，搅拌速率为300-1000r/min，再在冰水浴中超声处理20～40min，得到均匀稳定的纳米碳材料分散体系。其中纳米碳材料粉末为分散介质重量的0.01％～2％。

所述的纳米碳材料为氧化石墨烯、酸化碳纳米管中的一种或两种的混合物；该碳材料的碳氧原子比为1∶1～5∶1，优选为2∶1～4∶1；

所述的分散介质为水、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种的混合物；

作为优选，所述纳米碳材料为分散介质重量的0.03％～1％；