一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法
2023-05-03 02:41:01 2
一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法，包括如下步驟：1）碳納米管的預處理：2）氯化鈣的製備；3）氯化鈣負載；4）複合吸附材料的製備：得到石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料。本發明集合了碳納米管複合材料具有納米結構、性能穩定、比表面積大和氯化鈣對重金屬具有特異吸附性能的特點，得到了具有高吸附容量，能夠同時吸附揮發性有機物和重金屬的複合吸附材料，並且能夠方便的應用於毒性大、低濃度、流動性強的有廢氣處理中，吸附時間短，吸附效率高。
【專利說明】一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法，屬於環境保護領域。
【背景技術】
[0002]隨著工業化的快速發展以及城市化進程的高速推進，環境汙染為題日益嚴重，特別是近年來大氣汙染尤為嚴重。其中揮發性有機物和重金屬是大氣汙染的兩種重要汙染源。
[0003]按照世界衛生組織的定義沸點在50_250°C，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸汽形式存在於空氣中的一類有機物屬於揮發性有機物，主要成分包括:烴類、滷代烴、苯系物、氟利昂系列、多環芳烴等。揮發性有機物對人類健康有重大影響，會引起頭痛、噁心、嘔吐、乏力等，並會引起過敏、損傷內臟，長期接觸可能致癌。並且揮發性有機物還是霧霾形成的重要汙染源。
[0004]熱電廠、水泥廠、垃圾焚燒廠排放的煙氣粉塵中含有大量重金屬物質。重金屬的毒性大、分布廣、含量低、不易降解，長期在環境中分散存在，最終通過生物富集作用被動植物吸收，通過食物鏈進入人體，對人類的生存和健康產生嚴重的影響。因此，複雜樣品中重金屬離子的深度處理就顯得十分有意義。
[0005]吸附是目前常用的處理上述兩類汙染物的一種處理方法，相對於其它的方法，費用低，操作簡便，不易造成二次汙染。但是由於重金屬與揮發性有機物分屬無機物和有機物，兩者結構、性質完全不同，因而當前沒有對兩者同時具有良好吸附性能的吸附劑，嚴重影響廢氣處理的成本和效果。
[0006]碳基吸附材料具有較強的吸附能力，在環境汙染物吸附方面得到了廣泛的應用。石墨烯是近年來興起的一種碳基吸附材料，它是由sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質新材料，其厚度只有0.335 nm。近幾年來，國內外逐漸將石墨烯用作吸附材料，將其用於水相中環境汙染物的分離富集與測定，取得了卓有成效的結果，石墨烯材料在替代傳統的吸附劑方面展現了良好的應用前景。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種吸附廢氣中重金屬離子和有機物的複合吸附材料的製備方法，包括如下步驟:
1)碳納米管的預處理:將碳納米管放入到濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，在氬氣環境下高壓浸泡，在120-150°c下維持10-15小時後冷卻至室溫，然後取出碳納米管用去離子水洗滌過濾,備用；
2)氯化鈣的製備:鹽酸進入反應罐，石灰石通過鬥式提升機提升入反應罐，反應後氣體經尾氣洗滌塔水洗滌及尾氣洗滌塔鹼洗後，達到標準經引風機排放，反應後液體PH值達到5?7後，直接通過旁通管進入中和罐，加入石灰乳反應後，通過中和泵打入澄清桶，澄清後的液體溢流入澄清液罐，經過濾後氯化鈣清液進入氯化鈣液罐；
3)氯化鈣負載:將步驟I)預處理後的碳納米管投入到步驟2)氯化鈣液罐內的氯化鈣清液中，高速攪拌20分鐘形成混合液體，碳納米管的投加量約為l-10g/100ml，將上述混合液體加熱至80°C進行超聲振蕩30分鐘，然後冷卻至室溫，邊攪拌邊滴加0.04mol/L的KBH4溶液，反應15-24小時後蒸發乾燥，將固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次，再次進行真空乾燥，得到負載氯化鈣的碳納米管；
4)複合吸附材料的製備:在超聲振蕩條件下，將步驟3)得到的負載氯化鈣的碳納米管與石墨烯在有機溶劑中充分混合，碳納米管與石墨烯的質量比為10:1，I小時後將分離出的固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次，再次進行真空乾燥，形成石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料，所述的有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N, N- 二甲基甲醯胺的任意一種或兩種以上；
得到的複合吸附材料，由以下質量百分比的組份組成:
氯化鈣 34%-45%
碳納米管50%-60%
石墨稀 5%_6%。
[0008]步驟3 )中的超聲頻率為20-40KHZ。
[0009]本發明與現有技術相比較有以下優點:
(I)用化學方法將石墨烯與石英砂結合，在吸附過程中，石墨烯與碳納米管產生了協同效應，對揮發性有機物的吸附性能大幅提升，對揮發性有機物的去除率均在98%以上。
[0010](2)氯化鈣對重金屬具有良好的特異吸附性能，將氯化鈣負載在碳納米管上，形成了對重金屬的系統吸附作用，對廢氣中重金屬的吸附去除率達到了 98%以上。
[0011](3)本發明集合了碳納米管複合材料具有納米結構、性能穩定、比表面積大和氯化鈣對重金屬具有特異吸附性能的特點，得到了具有高吸附容量，能夠同時吸附揮發性有機物和重金屬的複合吸附材料，並且能夠方便的應用於毒性大、低濃度、流動性強的有廢氣處理中，吸附時間短，吸附效率高。
【具體實施方式】
[0012]為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
[0013]實施例1:
1)碳納米管的預處理:將碳納米管放入到濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，在氬氣環境下高壓浸泡，在120°c下維持10小時後冷卻至室溫，然後取出碳納米管用去離子水洗滌過濾，備用；
2)氯化鈣的製備:鹽酸進入反應罐，石灰石通過鬥式提升機提升入反應罐，反應後氣體經尾氣洗滌塔水洗滌及尾氣洗滌塔鹼洗後，達到標準經引風機排放，反應後液體PH值達到5後，直接通過旁通管進入中和罐，加入石灰乳反應後，通過中和泵打入澄清桶，澄清後的液體溢流入澄清液罐，經過濾後氯化鈣清液進入氯化鈣液罐；
3)氯化鈣負載:將步驟I)預處理後的碳納米管投入到步驟2)氯化鈣液罐內的氯化鈣清液中，高速攪拌20分鐘形成混合液體，碳納米管的投加量約為10g/100ml，將上述混合液體加熱至80°C進行超聲振蕩30分鐘，超聲頻率為20KHz，然後冷卻至室溫，邊攪拌邊滴加
0.04mol/L的KBH4溶液，反應15小時後蒸發乾燥，將固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3次，再次進行真空乾燥，得到負載氯化鈣的碳納米管；
4)複合吸附材料的製備:在超聲振蕩條件下，將步驟3)得到的負載氯化鈣的碳納米管與石墨烯在有機溶劑中充分混合，碳納米管與石墨烯的質量比為10:1，I小時後將分離出的固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3次，再次進行真空乾燥，形成石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料，所述的有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲醯胺的任意一種或兩種以上；
得到的複合吸附材料，由以下質量百分比的組份組成:
氯化鈣 34%
碳納米管60%
石墨稀 6% ο
[0014]利用上述複合材料對含有銅、鉛、鎳、多環芳烴的廢氣進行吸附處理，對銅的去除率達到98%、對鉛的去除率達到98%、對鎳的去除率達到99%、對多環芳烴的去除率達到99%。
[0015]實施例2:
1)碳納米管的預處理:將碳納米管放入到濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，在氬氣環境下高壓浸泡，在150°C下維持15小時後冷卻至室溫，然後取出碳納米管用去離子水洗滌過濾，備用；
2)氯化鈣的製備:鹽酸進入反應罐，石灰石通過鬥式提升機提升入反應罐，反應後氣體經尾氣洗滌塔水洗滌及尾氣洗滌塔鹼洗後，達到標準經引風機排放，反應後液體PH值達到7後，直接通過旁通管進入中和罐，加入石灰乳反應後，通過中和泵打入澄清桶，澄清後的液體溢流入澄清液罐，經過濾後氯化鈣清液進入氯化鈣液罐；
3)氯化鈣負載:將步驟I)預處理後的碳納米管投入到步驟2)氯化鈣液罐內的氯化鈣清液中，高速攪拌20分鐘形成混合液體，碳納米管的投加量約為lg/100ml，將上述混合液體加熱至80°C進行超聲振蕩30分鐘，然後冷卻至室溫，邊攪拌邊滴加0.04mol/L的KBH4溶液，反應24小時後蒸發乾燥，將固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌4次，再次進行真空乾燥，得到負載氯化鈣的碳納米管；
4)複合吸附材料的製備:在超聲振蕩條件下，將步驟3)得到的負載氯化鈣的碳納米管與石墨烯在有機溶劑中充分混合，碳納米管與石墨烯的質量比為10:1，I小時後將分離出的固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌4次，再次進行真空乾燥，形成石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料，所述的有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲醯胺的任意一種或兩種以上；
得到的複合吸附材料，由以下質量百分比的組份組成:
氯化鈣 45%
碳納米管50%
石墨稀 5% ο
[0016]利用上述複合材料對含有鋅、鉻、鎘、滷代烴的廢氣進行吸附處理，對鋅的去除率達到99%、對鉻的去除率達到98%、對鎘的去除率達到99%、對滷代烴的去除率達到98%。
[0017]實施例3:
1)碳納米管的預處理:將碳納米管放入到濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，在氬氣環境下高壓浸泡，在130°C下維持18小時後冷卻至室溫，然後取出碳納米管用去離子水洗滌過濾，備用；
2)氯化鈣的製備:鹽酸進入反應罐，石灰石通過鬥式提升機提升入反應罐，反應後氣體經尾氣洗滌塔水洗滌及尾氣洗滌塔鹼洗後，達到標準經引風機排放，反應後液體PH值達到6後，直接通過旁通管進入中和罐，加入石灰乳反應後，通過中和泵打入澄清桶，澄清後的液體溢流入澄清液罐，經過濾後氯化鈣清液進入氯化鈣液罐；
3)氯化鈣負載:將步驟I)預處理後的碳納米管投入到步驟2)氯化鈣液罐內的氯化鈣清液中，高速攪拌20分鐘形成混合液體，碳納米管的投加量約為5g/100ml，將上述混合液體加熱至80°C進行超聲振蕩30分鐘，然後冷卻至室溫，邊攪拌邊滴加0.04mol/L的KBH4溶液，反應20小時後蒸發乾燥，將固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌4次，再次進行真空乾燥，得到負載氯化鈣的碳納米管；
4)複合吸附材料的製備:在超聲振蕩條件下，將步驟3)得到的負載氯化鈣的碳納米管與石墨烯在有機溶劑中充分混合，碳納米管與石墨烯的質量比為10:1，I小時後將分離出的固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌4次，再次進行真空乾燥，形成石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料，所述的有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲醯胺的任意一種或兩種以上；
得到的複合吸附材料，由以下質量百分比的組份組成:
氯化鈣 39.5%
碳納米管55%
石墨烯 5.5%。
[0018]利用上述複合材料對含有錳、鉻、鎳、三氟三氯乙烷的廢氣進行吸附處理，對錳的去除率達到98%、對鉻的去除率達到98%、對鎳的去除率達到98%、對三氟三氯乙烷的去除率達到99%ο
【權利要求】
1.一種同時吸附廢氣中重金屬離子和揮發性有機物的複合吸附材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)碳納米管的預處理:將碳納米管放入到濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，在氬氣環境下高壓浸泡，在約120-150°c下維持10-15小時後冷卻至室溫，然後取出碳納米管用去離子水洗滌過濾,備用； 2)氯化鈣的製備:鹽酸進入反應罐，石灰石通過鬥式提升機提升入反應罐，反應後氣體經尾氣洗滌塔水洗滌及尾氣洗滌塔鹼洗後，達到標準經引風機排放，反應後液體PH值達到5?7後，直接通過旁通管進入中和罐，加入石灰乳反應後，通過中和泵打入澄清桶，澄清後的液體溢流入澄清液罐，經過濾後氯化鈣清液進入氯化鈣液罐； 3)氯化鈣負載:將步驟I)預處理後的碳納米管投入到步驟2)氯化鈣液罐內的氯化鈣清液中，高速攪拌20分鐘形成混合液體，碳納米管的投加量約為l-10g/100ml，將上述混合液體加熱至80°C進行超聲振蕩30分鐘，然後冷卻至室溫，邊攪拌邊滴加0.04mol/L的KBH4溶液，反應15-24小時後蒸發乾燥，將固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次，再次進行真空乾燥，得到負載氯化鈣的碳納米管； 4)複合吸附材料的製備:在超聲振蕩條件下，將步驟3)得到的負載氯化鈣的碳納米管與石墨烯在有機溶劑中充分混合，碳納米管與石墨烯的質量比為10:1，I小時後將分離出的固體物質用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次，再次進行真空乾燥，形成石墨烯-氯化鈣-碳納米管複合吸附材料，所述的有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、N，N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮、N, N- 二甲基甲醯胺的任意一種或兩種以上； 得到的複合吸附材料，由以下質量百分比的組份組成: 氯化鈣 34%-45% 碳納米管50%-60% 石墨稀 5%_6%。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於:步驟3)中的超聲頻率為20-40KHZ。
【文檔編號】B01J20/20GK104437358SQ201410556725
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】張亦彬 申請人:張亦彬