[发明专利]一种镧改性碳纳米管水凝胶其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种镧改性碳纳米管水凝胶及其制备方法和应用。本发明选用氨水作为pH调节剂和共沉淀剂制备镧改性碳纳米管，然后将镧改性后的碳纳米管进一步制备成水凝胶，制备得到的镧改性碳纳米管水凝胶吸附材料可以在更宽的pH范围内(pH＝3～10)，对污水中的磷均具有更好的去除效果。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种镧改性碳纳米管水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水体富营养化是指，由于人类活动，氮、磷等营养物质排入水体，导致水体中藻类大量繁殖，使得水体中溶解氧含量大幅下降，水体发臭以及水生生物的大量死亡。磷是主要引起水体富营养化的因素之一，主要污染源包括生活污水及工业废水、降雨、降雪、地表径流及养殖业的牲畜粪便等。随着经济的快速发展，人们过量的使用含磷化肥，使得土壤过量的磷进入到地表水，导致地表水磷含量急剧上升。水体中的磷过量积累，会使得藻类在水中大量繁殖，水中溶解氧含量急剧下降，鱼虾缺氧死亡，水质进一步恶化，散发出令人恶心的恶臭。水中藻类增加，这其中有些藻类含有藻毒素，对人的饮水安全产生影响。

目前，去除水体中磷的方法有生物法、化学法、膜分离法、结晶法、吸附法等。吸附法由于其容量大、能耗少、速率快、污染小等优点而得到了广泛应用与研究。现在用于水体除磷的吸附剂主要有生物炭类、水滑石类、金属氧化物类、废物废渣类、黏土矿石类、其他材料及其改性物质。传统的吸附剂对于磷酸盐的专性吸附能力较差，效果不太理想，改性吸附剂能够很好的弥补传统吸附剂的不足，较大程度的提升吸附磷酸盐的能力。

镧对于磷酸根具有较强的亲和力，并且镧改性后的吸附材料比表面积较大，有利于吸附材料充分利用自身的空隙特性对磷元素进行物理截流。镧改性材料的原料通常采用孔隙率较大的材料，如天然黏土材料、碳基材料、无机金属氧化物材料等。其中，碳纳米管是一种一维的纳米级材料，具有孔隙结构丰富、比表面积较大的优点，缺点在于碳纳米管在水中容易产生团聚现象，影响其吸附能力，需要进行改性以降低其团聚程度，所以考虑引入镧对碳纳米管进行改性。与此同时，粉末状的碳纳米管尺寸过小，吸附污染物之后存在难以固液分离以及再次回收利用的问题。

因此，需要设计制备一种廉价易得、吸附性能卓越、利于回收利用且生态环保的磷吸附材料。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，克服现有的水体磷吸附材料存在的吸附能力差、危害生态、难以将磷从水体中分离后进行回收利用的缺陷，提供一种磷吸附效果好、易从水体中分离回收的镧改性碳纳米管水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于，提供由所述制备方法制备得到的镧改性碳纳米管水凝胶。

本发明的另一目的在于，提供所述镧改性碳纳米管水凝胶在污水除磷中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镧改性碳纳米管水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

S1.将羧基化碳纳米管与可溶性镧盐在水中充分混合均匀得到混合溶液，然后加入氨水调节pH至10.5～11，搅拌进行共沉淀反应，分离出固体产物并冷冻干燥后，得到镧改性碳纳米管粉末；

S2.将步骤S1.得到的镧改性碳纳米管粉末与海藻酸钠溶均匀溶解于水中得到水凝胶前驱体混合溶液，将混合溶液滴加到交联剂的水溶液中，即可得到所述镧改性碳纳米管水凝胶。