[发明专利]一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用

说明书

本发明公开了一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用。所述聚合物非共价修饰碳纳米管通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述碳聚合物非共价修饰碳纳米管；所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。本发明聚合物非共价修饰碳纳米管可以在常温下，通过介导电子转移的方式，快速高效地催化活化过硫酸盐降解有机污染物，适用pH范围广，且受环境中天然有机质干扰很小；本发明水中的有机物污染物的降解方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的有机质对处理效果干扰很小，有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及环境污染治理技术领域，涉及水中有机物的高级氧化技术，更具体地，涉及一种聚合物非共价修饰碳纳米管及其应用。

背景技术

目前，有机污染废水的处理方法主要有物理吸附法、生物处理法和高级氧化法三大类。物理吸附法是目前污水处理中最常用的处理技术之一，但是吸附作用仅仅能够降低水体中污染物的浓度，并不能被完全去除，污染物可能会再次进入到水环境中。传统的生物处理技术，对于一些含有高浓度、化学结构稳定的有机污染物的废水的处理效果并不理想，如农药、造纸水、印染废水等。其中有机污染物浓度高、毒性大、成分复杂，大多含有难以降解的稳定芳香结构，可生化性差，处理难度较大。高级氧化技术对污染物的氧化速率高，操作简便、易于控制且无二次污染，因此具有很大的应用前景。

传统的高级氧化技术包含芬顿、电催化以及光催化三大类技术。芬顿技术对污染物的氧化速率较高，但需要较苛刻的pH条件和较大剂量试剂的投加。电催化可以将水中的污染物彻底分解矿化，成为无毒的CO₂和H₂O，但是能耗较高。光催化氧化技术虽然具有节能、反应条件温和、无二次污染的优点，但是目前仅限于实验室研究，还不能投入实际应用。

基于硫酸自由基的过硫酸盐活化技术深度处理废水中有机污染物是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术。在光、热和Fe²⁺、Co²⁺等过渡金属离子活化下，过硫酸盐均能产生硫酸根自由基，高效地氧化降解大部分有机污染物。但是基于自由基机制的催化剂在环境干扰的情况下，其催化活性会受到极大的抑制。

近年来，研究人员发现以碳纳米管、石墨烯、金刚石等碳材料为催化剂可以通过非自由基机制活化过硫酸盐降解污染物，能够抵抗环境有机质的干扰，实现目标污染物的选择性氧化降解。为了提高碳材料的催化活性，N掺杂是一种非常有效的方式，但是改性方式需要在高温条件下实现，设备条件较为苛刻。

因此，提供一种简单的N掺杂方法，制备N掺杂的碳纳米管，用于高效催化过硫酸盐，在处理废水中有机污染物具有极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物非共价修饰碳纳米管。本发明通过将聚合物通过非共价作用力修饰在碳纳米管上，其制备方法简单，修饰后的碳纳米管中N含量明显增多，制备的N掺杂的碳纳米管可以在常温下，通过介导电子转移的方式，快速高效地催化活化过硫酸盐降解有机污染物，适用pH范围广，在酸性、中性和弱碱性水中均能起到良好的处理效果，且受环境中天然有机质干扰很小。

本发明的另一目的在于提供所述聚合物非共价修饰碳纳米管的应用。采用本发明所述聚合物非共价修饰碳纳米管降解废水中的有机物污染物的方法成本低、常温下处理效率高、操作简单，在有机废水治理技术领域具有很大潜能。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种聚合物非共价修饰碳纳米管，通过如下过程制备得到：将碳纳米管与聚合物水溶液分散于水中，超声处理，搅拌、离心、洗涤、干燥，即可制得所述聚合物非共价修饰碳纳米管；

所述聚合物水溶液为聚乙烯亚胺水溶液或聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液。

优选地，所述碳纳米管与聚合物的质量比为：100:0.5～40。