[发明专利]一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法

说明书

本发明涉及含氮污水处理的技术领域，提供了一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法。该方法通过共沉淀法在多壁碳纳米管的管壁上原位生成掺杂镧的水滑石层，并采用阳离子表面活性剂溴代十六烷基吡啶对水滑石层进行表面改性，制得去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料。本发明的制备方法，将水滑石负载于多壁碳纳米管的管壁上，增加了水滑石的比表面积，有利于暴露更多的活性位点，并采用稀土金属镧进行掺杂，镧可与NO₃^‑络合形成稳定的多胺配合物，进一步的，采用溴代十六烷基吡啶进行表面改性，可降低水滑石表面的电负性，为NO₃^‑的吸附提供更多活性位点，因此对水中的硝态氮具有良好的去除效果。

技术领域

本发明属于含氮污水处理的技术领域，提供了一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法。

背景技术

自然界中的氮素的主要存在形式有NH₃、N₂、N₂O、NO₂、NO₂^-、NO₃^-和有机氮，由于人类的干扰，破坏了自然界氮素平衡，导致水环境中氮素含量增加。其中，硝态氮（NO₂^-、NO₃^-）是最常见的化学污染，且其污染水平仍在不断增加。硝态氮不仅来源广泛，而且几乎所有的硝酸盐均是可溶的，且溶解度很大，这就导致硝酸盐能在水和土壤中快速迁移扩散，造成大范围的硝氮污染，所以废水中硝态氮的去除受到各国环保工作者的普遍关注。

常用的脱氮方法有物理脱氮（吸附等）、化学脱氮（零价铁和镁还原，离子交换，反渗透，电渗析、催化脱氮）和生物脱氮等。其中，吸附法的设计简单，操作方便，通常被用于去除废水中不同类型的有机物和无机物，特别是类滑石类吸附剂对硝酸根的去除率较高，因而受到重视。

水滑石材料属于阴离子型层状化合物，层状化合物是指具有层状结构、层间离子，具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。其层板上的阳离子具有同晶取代性，层间阴离子具有可交换性，结构特性独特、组成及结构可调，有特殊的记忆效应，吸附性能良好，成为去除硝态氮的良好选择。

中国发明专利申请号200810157761.2公开了一种改性成型的镁铝水滑石的制备方法及应用。制备时分别配制含有Mg²⁺、Al³⁺的混合盐水溶液和混合碱水溶液，将二者混合，待反应完全后进行老化与晶化，经过滤、洗涤、干燥得到镁铝水滑石；将该镁铝水滑石和粘结剂加入到镁盐水溶液中，调节所得浆状物的pH值，反应后离心分离，烘干，挤出成型，然后烘干焙烧，冷却至室温。该发明的产品在吸附和离子交换时不堵塞床体、反应后易于分离，适用于处理水溶液、污水处理厂水、海水、养殖废水中的磷氮阴离子。但该发明制得的改性水滑石的表面活性位点较少，除氮效果仍有待提高。

综上所述，现有技术常用的水滑石用于含硝态氮污水处理时，由于表面活性位点较少，导致NO₃^-的去除效果不理想，因此开发一种可高效去除水中硝态氮的水滑石复合材料，有着重要的意义。

发明内容

可见，通常水滑石用于含硝态氮污水处理时，由于表面活性位点较少，导致NO₃^-的去除效果不理想。针对这种情况，本发明提出一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料及制备方法，可有效克服上述缺陷，对水中的硝态氮具有良好的去除效果。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种去除水中硝态氮的碳纳米管/水滑石材料的制备方法，所述碳纳米管/水滑石材料制备的具体步骤如下：