[发明专利]一种铝-碳纳米管复合材料的制备方法及其在去除水中难降解的污染物中的应用

说明书

本发明公开了一种铝‑碳纳米管复合材料的制备方法及其在去除水中难降解的污染物中应用，将一定量的多壁碳纳米管，氯化钠和微米零价铝按照一定的比例混合，通过一定转速和时间的机械球磨作用制备铝‑碳纳米管复合材料。同时公开了该材料的应用：将铝‑碳纳米管复合材料直接加入强酸、近中性或强碱的溶液中，均可以高效地降解水中污染物。该材料可以在近中性且溶解氧存在的情况下还原降解多种污染物。铝‑碳纳米管复合材料可以多次重复利用，材料环境友好，不会二次污染，且在多种实际水体中都有高活性和抗钝化的能力。本发明的方法常温常压下进行，反应条件温和，简单，材料来源广泛且便宜，投入少，成本低，易于工程化。

技术领域

本发明属于属于水污染处理技术领域，具体涉及一种铝-碳纳米管复合材料的制备方法及其在去除水中难降解的污染物中的应用。

背景技术

零价铝具有极低的氧化还原电位(E⁰＝-1 .662V)，较高的还原能力，同时也是地壳中含量最多的金属，资源丰富，有利于大规模的应用。因其较强的还原能力可以用来去除水中各种污染物，但是，微米零价铝表面有一层致密的氧化膜，该氧化膜（主要为氧化铝）不导电，因此会阻碍电子的释放，尤其是近中性条件下对污染物的去除效率极低；破膜后新鲜的 铝表面会再次与环境介质中的氧气反应，使材料二次钝化，从而阻止降解反应的接续进行；除此之外，由于零价铝表面的氧化膜较为亲水，伴随污染物降解同时产氢含量高，从而导致电子利用效率低。

水中含有高浓度的污染物是常见的难处理废水，常规的生物法无法有效的去除污染物。高浓度的硝基酚类化合物以及染料等都很难去除，且具有高毒性，危害人类健康。

发明内容

本发明的目的在于克服零价铝粉应用的瓶颈，同时利用其处理水中难降解的污染物。

依靠在氯化钠和多壁碳纳米管的辅助下进行机械球磨，获得碳纳米管改性微米铝新材料（铝-碳纳米管）。依靠氯化钠晶体的切割作用使得微米铝表面氧化膜被破坏，同时碳纳米管可以通过局部腐蚀覆盖在铝表面防止材料二次钝化，另外，由于碳纳米管表面相对疏水，从而提高材料的电子利用率。基于此，铝-碳纳米管可以在近中性用来去除水中高浓度的对硝基苯酚同时保持高电子利用率。在有氧状态下，可以用来还原去除多种污染物而不钝化。本发明材料来源广泛，价格低廉，制备工艺简单，可以在有氧和广泛pH条件下去除各种污染物。

本发明提供了一种铝-碳纳米管复合材料的制备方法，及其在去除水中难降解的污染物中的应用，具体步骤如下：

P1. 铝-碳纳米管复合材料的制备方法：将零价铝粉末和碳纳米管混合，磨球为研磨介质，在氮气的保护氛围内进行球磨。其中研磨过程中会加入一定量助磨剂，之后在球磨机上进行球磨即可得到铝-碳纳米管复合材料；

P2. 将铝-碳纳米管复合材料加入到难降解的废水中，经过搅拌使铝-碳纳米管复合材料和污染物充分混合，使水质净化。

如上，步骤P1中零价铝粉末和碳纳米管质量比为5-200:1，铝粉的粒径为100 -12500目。磨球为氧化锆磨球、铬合金铸铁磨球、马氏体球铁磨球、钢球和玛瑙球的一种或多种。碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。惰性气体为氮气，氦气或氩气。

如上，步骤P1中磨球的粒径为5-10 mm，零价铝与磨球的质量比为1: 30-60。

如上，步骤P1中所述助磨剂为质量分数占零价铝粉末2%-5%的氯化钠。

如上，步骤P1所述球磨机的球磨转速为100-300 rpm，时间为1-9 h。

如上，步骤P2所述的废水中的污染物包括但不限于无机污染物：Cr()、硝酸根等；有机污染物：对硝基苯酚、酸性橙7、活性黑5、四氯化碳等。

如上，步骤P2中溶液的pH为3-11，反应温度为10-30℃，利用氢氧化钠或硫酸调节pH。

如上，步骤P2中所述铝-碳纳米管复合材料投加量与污染物的质量比为2-400：1。