一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，包括：將氨基化碳納米管加入蒸餾水中，分散，然后加入硝酸鉛，在35-85℃條件下，攪拌反應(yīng)3-15h，抽濾，真空干燥，研成粉末，洗滌，再真空干燥，即得。本發(fā)明制備的材料可用作血液中鉛離子的選擇性吸附劑和功能過(guò)濾膜的無(wú)機(jī)粒子添加劑，還可用于水處理和血液凈化等方面；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便且條件溫和，制備產(chǎn)物吸附容量大并能選擇性吸附鉛離子，具有優(yōu)良的生物學(xué)相容性。
【專利說(shuō)明】一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉛離子吸附材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，重金屬污染成為環(huán)境污染的一個(gè)重要方面，鉛離子也就成為了生態(tài)系統(tǒng)中最危險(xiǎn)的物質(zhì)之一。鉛是一種嚴(yán)重危害人體健康的重金屬，可通過(guò)多種途徑進(jìn)入人體，但其不能被生物降解且在體內(nèi)半衰期長(zhǎng)，對(duì)許多器官系統(tǒng)和生理功能均產(chǎn)生危害。而兒童對(duì)鉛毒害作用的敏感性要高于成年人，由于兒童的腦組織發(fā)育不完善，鉛容易在兒童腦部蓄積，導(dǎo)致兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂。研究表明，血鉛超過(guò)3.86ymol/L時(shí)可出現(xiàn)明顯鉛中毒現(xiàn)象，并將血鉛的診斷值定在2.9 μ mol/L。因此，富集和分離痕量鉛是分析和處理鉛中毒不可缺少的環(huán)節(jié)。
[0003]金屬離子印跡材料是指以金屬離子為模板、利用印跡技術(shù)制備的對(duì)模板金屬離子有選擇性吸附的材料。金屬離子印跡技術(shù)是分子印跡技術(shù)研究的一個(gè)分支方向，是與有機(jī)分子印跡技術(shù)一同發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科。目前，制備印跡材料的方法已有一些文獻(xiàn)和專利進(jìn)行報(bào)道。李路娟等以鉛(II)離子為模板，水楊醛肟為功能單體，二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，采用本體聚合法制備印跡聚合物(李路娟，劉慧君，張磊.鉛(II)離子印跡聚合物的制備及其吸附性能的研究[J].化學(xué)通報(bào)，2011，74(6):539-544.);任月明等(中國(guó)專利201210105117.7)發(fā)明一種在水中具有選擇識(shí)別性能金屬離子印跡吸附劑的制備方法；何華等(中國(guó)專利201110310238.0)發(fā)明了一種新型碳納米管表面分子印跡聚合物及其制備方法。但將碳納米管進(jìn)行印跡的制備方法目前卻鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，該發(fā)明將碳納米管的吸附性能和金屬離子印跡技術(shù)相結(jié)合，使碳納米管具有了特異性吸附，能選擇性吸附鉛離子，是一種具有前途的吸附材料。
[0005]本發(fā)明的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，包括:
[0006]將氨基化碳納米管加入蒸餾水中，分散，然后加入硝酸鉛，在35-85°C條件下，攪拌反應(yīng)3-15h，抽濾，真空干燥，研成粉末，得到鉛離子螯合氨基化碳納米管，洗滌，再真空干燥，即得具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管；其中氨基化碳納米管與硝酸鉛的質(zhì)量比為5-9:1。
[0007]所述分散為室溫條件下，超聲分散30_60min。
[0008]所述真空干燥均為30_80°C真空干燥12_36h。
[0009]所述洗滌為先用HCL水溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性并抽濾。[0010]所述HCL水溶液濃度為I?6mol/L ；NaOH水溶液的濃度為0.05?lmol/L。
[0011]所述得到的具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為40?IOOmg/
g°
[0012]所述得到的具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管作為血液鉛離子中毒的選擇性吸附劑、功能過(guò)濾膜的無(wú)機(jī)粒子添加劑及用于水處理和血液凈化。
_3] 有益.效果
[0014](I)本發(fā)明將碳納米管的吸附性能和金屬離子印跡技術(shù)相結(jié)合，使碳納米管具有了特異選擇性吸附；
[0015](2)本發(fā)明采用氨基化碳納米管，使鉛離子可以與氨基化碳納米管上的氨基進(jìn)行螯合反應(yīng)，形成鉛離子空穴，從而有利于鉛離子的選擇性吸附；
[0016](3)本發(fā)明得到的鉛離子印跡碳納米管，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，并對(duì)Pb2+有特異性吸附和分離功能，是一種具有前途的吸附材料；
[0017](4)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便且條件溫和，制備產(chǎn)物吸附容量大并能選擇性吸附鉛離子，具有優(yōu)良的生物學(xué)相容性。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0019]實(shí)施例1
[0020]取氨基化碳納米管5g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散30min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入Ig硝酸鉛，在35°C磁力攪拌反應(yīng)15h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾30°C真空干燥36h，研成粉末。用Imol/L的HCL水溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.05mol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，30°C真空干燥36h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為40mg/g。
[0021]稱取硝酸鉛、氯化銅、硫酸鋅各0.1g溶解于IOOmL水中配置成lg/L的硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液，將0.3g鉛離子印跡碳納米管加入上述溶液中，室溫下震蕩3h后離心。檢測(cè)離心上清液中鉛離子、銅離子、鋅離子的含量，計(jì)算鉛離子印跡碳納米管對(duì)三種金屬離子的吸附容量。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為39mg/g、3.5mg/g和1.5mg/g?？芍?鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0022]實(shí)施例2
[0023]取氨基化碳納米管3g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散40min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入0.5g硝酸鉛，在45°C磁力攪拌反應(yīng)13h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾40°C真空干燥32h，研成粉末。用2mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.lmol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，40°C真空干燥32h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為45mg/g。[0024]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為43mg/g、3.3mg/g和1.2mg/g。可知,鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0025]實(shí)施例3
[0026]取氨基化碳納米管6g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散40min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入Ig硝酸鉛，在55°C磁力攪拌反應(yīng)llh，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾50°C真空干燥28h，研成粉末。用3mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.2mol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，50°C真空干燥28h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為 54mg/g。
[0027]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為53mg/g、3.0mg/g和1.0mg/g?？芍?鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0028]實(shí)施例4
[0029]取氨基化碳納米管7g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散50min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入Ig硝酸鉛，在55°C磁力攪拌反應(yīng)9h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾50°C真空干燥24h，研成粉末。用4mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.4mol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，50°C真空干燥24h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為72mg/g。
[0030]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為70mg/g、2.5mg/g和0.8mg/g。可知,鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0031]實(shí)施例5
[0032]取氨基化碳納米管3.5g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散50min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入0.5g硝酸鉛，在65°C磁力攪拌反應(yīng)7h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾60°C真空干燥20h，研成粉末。用5mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.6mol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，60°C真空干燥20h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為 83mg/g。
[0033]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為80mg/g、2.0mg/g和0.6mg/g?？芍?鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0034]實(shí)施例6
[0035]取氨基化碳納米管Sg，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散60min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入Ig硝酸鉛，在75°C磁力攪拌反應(yīng)5h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾70°C真空干燥16h，研成粉末。用5mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用0.8mol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，70°C真空干燥16h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為96mg/g。
[0036]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為94mg/g、l.5mg/g和0.5mg/g?？芍?鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
[0037]實(shí)施例7
[0038]取氨基化碳納米管9g，蒸餾水IOOmL,分別加入到三口燒瓶中，常溫超聲分散60min，使氨基化碳納米管分散均勻。然后加入Ig硝酸鉛，在85°C磁力攪拌反應(yīng)3h，使氨基化碳納米管與Pb2+充分反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾80°C真空干燥12h，研成粉末。用6mol/L的HCL溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用lmol/L的NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性，抽濾，80°C真空干燥12h，即得鉛離子印跡碳納米管，此鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為100mg/g。
[0039]硝酸鉛-氯化銅-硫酸鋅混合溶液的制備如實(shí)施例1。相同濃度下，鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子、銅離子、鋅離子的吸附容量分別為98mg/g、l.0mg/g和0.2mg/g。可知,鉛離子印跡碳納米管對(duì)鉛離子有選擇性吸附。
【權(quán)利要求】
1.一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，包括: 將氨基化碳納米管加入蒸餾水中，分散，然后加入硝酸鉛，在35-85°C條件下，攪拌反應(yīng)3_15h，抽濾，真空干燥，研成粉末，洗滌，再真空干燥，即得具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管；其中氨基化碳納米管與硝酸鉛的質(zhì)量比為5-9:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:所述分散為室溫條件下，超聲分散30-60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:所述真空干燥均為30-80°C真空干燥12-36h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:所述洗滌為先用HCL水溶液洗至檢測(cè)不到Pb2+，再用NaOH水溶液和蒸餾水洗至溶液呈中性并抽濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:所述HCL水溶液濃度為I?6mol/L ；NaOH水溶液的濃度為0.05?lmol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:得到的具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管對(duì)鉛離子的吸附量為40?100mg/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管的制備方法，其特征在于:得到的具有選擇性吸附鉛離子的碳納米管作為血液鉛離子中毒的選擇性吸附劑、功能過(guò)濾膜的無(wú)機(jī)粒子添加劑及用于水處理和血液凈化。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK103861562SQ201410133247
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】孫俊芬, 李云華 申請(qǐng)人:東華大學(xué)