一種利用活性炭制備的復(fù)合材料及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水處理材料領(lǐng)域，具體是一種利用活性炭制備的復(fù)合材料及其制備方 法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是目前世界上最貧水的13個(gè)國(guó)家之一，據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織最新公布的 《中國(guó)環(huán)境績(jī)效評(píng)估》報(bào)告，目前流經(jīng)中國(guó)城市的超過75%的水體不適合飲用，30%以上的 檢測(cè)河流水質(zhì)屬于劣V類。隨著工業(yè)發(fā)展，城市生活飲用水水源受污染程度日益加劇，同時(shí) 隨著生活水平的提高，人們對(duì)飲用水質(zhì)的要求以及飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。
[0003]目前市場(chǎng)上用于水處理的活性炭材料，其作用原理主要是通過物理吸附作用的方 式將污染物與水進(jìn)行分離?；钚蕴坑捎诰哂芯薮蟮谋缺砻娣e及發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，因此對(duì)水 中溶解態(tài)有機(jī)物如酚類化合物等具有較強(qiáng)的吸附能力，適用于飲用水深度凈化。但采用活 性炭為水處理劑，存在一些問題，如活性炭的吸附量與成本的比值還需進(jìn)一步提高，且其吸 附為物理吸附，容易在吸附過程中脫附，造成二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種吸附能力高、對(duì)重金屬吸附穩(wěn)定、無二次污染的利用 活性炭制備的復(fù)合材料及其制備方法和用途，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活性炭8-15份、蒙 脫石20-28份、硝酸鎳3-8份、鈦酸四丁酯0. 5-3份。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份 的原料組成：活性炭10-12份、蒙脫石22-25份、硝酸鎳4-6份、鈦酸四丁酯1-2份。
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份 的原料組成：活性炭11份、蒙脫石24份、硝酸鎳5份、鈦酸四丁酯1. 5份。
[0008] 所述利用活性炭制備的復(fù)合材料的制備方法，由以下步驟組成： 1) 將鈦酸四丁酯與活性炭研磨，過1〇〇目篩，制得混合物A ; 2) 將蒙脫石與硝酸鎳混合后，再加入二者10-12倍質(zhì)量的蒸餾水，然后對(duì)其進(jìn)行超聲 處理，超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超聲功率400W，超聲時(shí)間50min ;制得混合物B ; 3) 將混合物A置入混合物B中，再對(duì)其進(jìn)行超聲處理，超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超 聲功率400W，超聲時(shí)間50min ;制得混合物C ; 4) 將混合物C置入100°C的烘箱中烘干，制得混合物D ; 5) 將混合物D置入反應(yīng)釜中高溫煅燒5h，高溫煅燒溫度為600°C，再降至室溫，即得利 用活性炭制備的復(fù)合材料。
[0009] 所述利用活性炭制備的復(fù)合材料用于制備水處理劑中的應(yīng)用。
[0010] 水處理裝置，包括水處理劑和用以裝載水處理劑的容器，所述水處理劑含有上述 利用活性炭制備的復(fù)合材料。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 由于活性炭和蒙脫石的比表面積大，在超聲處理的條件下，由于蒙脫石是三層片狀結(jié) 構(gòu)，超聲后三層片狀結(jié)構(gòu)倍分散成單層片狀結(jié)構(gòu)，使其比表面積增大，而且活性炭的加入也 利于蒙脫石的分散，鎳與鈦能夠均勻的分布在活性炭和蒙脫石的表面上，經(jīng)過煅燒后，形成 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合材料，具有吸附能力高、對(duì)重金屬吸附穩(wěn)定、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。由于復(fù)合 材料的吸附量大，因此較小的用量即可獲得較好的處理效果，由此可以將其制成小體積易 攜帶、使用簡(jiǎn)便的水處理裝置。本發(fā)明的復(fù)合材料中鎳、鈦與活性炭、蒙脫石具有高的結(jié)合 強(qiáng)度，可以防止鎳、鈦從活性炭、蒙脫石上脫落，引起對(duì)水的二次污染。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0013] 實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例中，一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭8份、蒙脫石20份、硝酸鎳3份、鈦酸四丁酯0. 5份。制備過程，由以下步驟組成：將鈦 酸四丁酯與活性炭研磨，過100目篩，制得混合物A。將蒙脫石與硝酸鎳混合后，再加入二 者10-12倍質(zhì)量的蒸餾水，然后對(duì)其進(jìn)行超聲處理，超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超聲功率 400W，超聲時(shí)間50min ;制得混合物B。將混合物A置入混合物B中，再對(duì)其進(jìn)行超聲處理， 超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超聲功率400W，超聲時(shí)間50min ;制得混合物C。將混合物C置 入100°C的烘箱中烘干，制得混合物D。將混合物D置入反應(yīng)釜中高溫煅燒5h，高溫煅燒溫 度為6〇(TC，再降至室溫，即得利用活性炭制備的復(fù)合材料。
[0014] 實(shí)施例2 本發(fā)明實(shí)施例中，一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭15份、蒙脫石28份、硝酸鎳8份、鈦酸四丁酯3份。制備過程與實(shí)施例1步驟相同。
[0015] 實(shí)施例3 本發(fā)明實(shí)施例中，一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭10份、蒙脫石22份、硝酸鎳4份、鈦酸四丁酯1份。制備過程與實(shí)施例1步驟相同。
[0016] 實(shí)施例4 本發(fā)明實(shí)施例中，一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭12份、蒙脫石25份、硝酸鎳6份、鈦酸四丁酯2份。制備過程與實(shí)施例1步驟相同。
[0017] 實(shí)施例5 本發(fā)明實(shí)施例中，一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭11份、蒙脫石24份、硝酸鎳5份、鈦酸四丁酯1. 5份。制備過程與實(shí)施例1步驟相同。
[0018] 為了說明本發(fā)明在污水處理中的應(yīng)用，使用實(shí)施例1-5中的樣品。
[0019] 實(shí)施例6 將5mg的實(shí)施例1-5制備的利用活性炭制備的復(fù)合材料各自與10mL濃度為5ppm的汞 離子、5ppm的鉛離子的水溶液混合，攪拌反應(yīng)8h。處理后的水溶液中汞離子、鉛離子濃度通 過電感耦合等離子體質(zhì)譜（Thermo ICP-MS XII)檢測(cè)，汞離子濃度均小于1.5ppb，鉛離子濃 度均小于2. 5ppb。
[0020] 實(shí)施例1-5處理污水的結(jié)果如表1所示。
從表1可以看出，采用活性炭制備的復(fù)合材料作為水處理劑，可以高效地除去水中的 重金屬離子。
[0022] 實(shí)施例7 將5mg的實(shí)施例1-5制備的利用活性炭制備的復(fù)合材料各自與10mL濃度為5ppm的汞 離子、5ppm的鉛離子的水溶液混合，調(diào)節(jié)上述溶液的pH值至7,攪拌反應(yīng)5h。處理后的水溶 液中汞離子、鉛離子濃度通過電感耦合等離子體質(zhì)譜（THERMO ICP-MS XII)檢測(cè)，汞離子濃 度均小于1. 5ppb，鉛離子濃度均小于2. 5ppb。
[0023] 實(shí)施例8 采用實(shí)施例7相同的步驟，不同的是，調(diào)節(jié)利用活性炭制備的復(fù)合材料與汞離子、鉛離 子水溶液混合液的pH值至5。
[0024] 實(shí)施例9 采用實(shí)施例7相同的步驟，不同的是，調(diào)節(jié)利用活性炭制備的復(fù)合材料與汞離子、鉛離 子水溶液混合液的pH值至3。
[0025] 實(shí)施例7-9處理污水的結(jié)果如表2所示。
從表2的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明制備得到的利用活性炭制備的復(fù)合材料，在不同 的pH值條件下均具有良好的水處理效果。
[0027] 對(duì)比例1 將20mg的顆?；钚蕴浚℅AC，20-40目，Sigma-Aldrich公司購買），其余步驟同實(shí)施例 6,處理結(jié)果為：萊元素162ppb，鉛元素223ppb。
[0028] 對(duì)比例2 將20mg的對(duì)比例2,對(duì)比例2無活性炭，其余與實(shí)施例5 -致，處理步驟同實(shí)施例6,處 理結(jié)果為：萊元素564ppb，鉛元素693ppb。
[0029] 對(duì)比例3 將20mg的對(duì)比例3,對(duì)比例3無鈦酸四丁酯，其余與實(shí)施例5 -致，處理步驟同實(shí)施例 6,處理結(jié)果為：萊元素125ppb，鉛元素194ppb。
[0030] 對(duì)比例4 將20mg的對(duì)比例4,對(duì)比例4無混合物A，其余與實(shí)施例5 -致，處理步驟同實(shí)施例6， 處理結(jié)果為：萊元素1272ppb，鉛元素1493ppb。
[0031] 實(shí)施例6與對(duì)比例1的處理汞離子、鉛離子的結(jié)果如表3所示。
從表3的結(jié)果可以看出，實(shí)施例6中采用本發(fā)明的利用活性炭制備的復(fù)合材料處理汞 離子、鉛離子的效果明顯優(yōu)于對(duì)比例1中采用顆?；钚蕴浚℅AC，20-40目）處理汞離子、鉛 離子的效果。對(duì)比例2-3的結(jié)果表明，在活性炭與鈦酸四丁酯的相互作用下，使得本發(fā)明具 有優(yōu)異的處理汞離子、鉛離子的能力。
[0033] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0034] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用活性炭制備的復(fù)合材料，其特征在于，由以下按照重量份的原料組成：活 性炭8-15份、蒙脫石20-28份、硝酸鎳3-8份、鈦酸四丁酯0. 5-3份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用活性炭制備的復(fù)合材料，其特征在于，由以下按照重量 份的原料組成：活性炭10-12份、蒙脫石22-25份、硝酸鎳4-6份、鈦酸四丁酯1-2份。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用活性炭制備的復(fù)合材料，其特征在于，由以下按照重量 份的原料組成：活性炭11份、蒙脫石24份、硝酸鎳5份、鈦酸四丁酯1. 5份。4. 一種如權(quán)利要求1-3任一所述的利用活性炭制備的復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，由以下步驟組成： 1) 將鈦酸四丁酯與活性炭研磨，過100目篩，制得混合物A; 2) 將蒙脫石與硝酸鎳混合后，再加入二者10-12倍質(zhì)量的蒸餾水，然后對(duì)其進(jìn)行超聲 處理，超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超聲功率400W，超聲時(shí)間50min;制得混合物B; 3) 將混合物A置入混合物B中，再對(duì)其進(jìn)行超聲處理，超聲處理?xiàng)l件為：溫度50°C，超 聲功率400W，超聲時(shí)間50min;制得混合物C; 4) 將混合物C置入100°C的烘箱中烘干，制得混合物D; 5) 將混合物D置入反應(yīng)釜中高溫煅燒5h，高溫煅燒溫度為600°C，再降至室溫，即得利 用活性炭制備的復(fù)合材料。5. 如權(quán)利要求1-3任一所述的利用活性炭制備的復(fù)合材料用于制備水處理劑中的用 途。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用活性炭制備的復(fù)合材料及其制備方法和用途，該復(fù)合材料由以下按照重量份的原料組成：活性炭8-15份、蒙脫石20-28份、硝酸鎳3-8份、鈦酸四丁酯0.5-3份。將鈦酸四丁酯與活性炭研磨，過篩，制得混合物A；將蒙脫石與硝酸鎳加蒸餾水，超聲處理，制得混合物B；將混合物A置入混合物B中經(jīng)過超聲處理、烘干、高溫煅燒、降溫即得。本發(fā)明用于制備水處理劑。本發(fā)明提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合材料，具有吸附能力高、對(duì)重金屬吸附穩(wěn)定、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B01J20/30, C02F1/28, B01J20/20
【公開號(hào)】CN105268402
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510721072
【發(fā)明人】吳彬文
【申請(qǐng)人】安徽炭之馨環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日