CN108928876A - 一种用于水体净化的纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水体净化的纳米复合材料，包括以下重量份的原料：壳聚糖48‑54份、纳米TiO2 12‑16份、活性炭负载纳米膨润土24‑28份、纳米水滑石3‑6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为(65‑75)：(8‑12):(14‑18):4。本发明以壳聚糖作为载体，具有稳定的性质，活性炭交叉连接之间具有细孔，孔隙结构发达，将其与纳米膨润土经过负载，纳米膨润土比表面积大，进而提高重金属吸附效果。

Description

一种用于水体净化的纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米功能材料技术领域，具体涉及一种用于水体净化的纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
纳米材料是指尺寸小于100nm的纳米粒子构成的材料总称，由于纳米粒子是处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观两字隧道效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、力学等性能，根据物理形态划分，纳米材料可分为纳米颗粒、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液等五类，工业废水是指工艺生产过程中排出的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物，是造成环境污染，特别是水污染的重要原因，按工业企业的产品和加工对象可分为造纸废水、纺织废水、制革废水、农药废水、冶金废水、炼油废水等，按废水中所含污染物的主要成分可分为酸性废水、碱性废水、含酚废水、含铬废水、含有机磷废水和放射性废水等；随着工业化的迅猛发展，特别是重金属工业沸水的排放，使得环境中积累了大量的重金属，而低成本、高效处理废水，使废水达到排放标准是处理废水的追求。
现有中国专利文献(公开号：CN105110392B)公开了一种非选择性重金属废水快速净化剂，属于环境保护技术领域，包括以下述重量百分比的组分：钠化膨润土30-60％，酸处理钢渣磨细粉10-50％，酸处理电厂粉煤灰12-32％，聚乙二醇聚合物1-3％，聚丙烯酰胺0.5-1.5％，上述组分合计100％，该文献材料原料虽可净化废水，但效果不如纳米功能材料制备的净化剂净化效果强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于水体净化的纳米复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种用于水体净化的纳米复合材料，包括以下重量份的原料：
壳聚糖48-54份、纳米TiO212-16份、活性炭负载纳米膨润土24-28份、纳米水滑石3-6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为(65-75)：(8-12):(14-18):4。
作为本发明的再进一步方案是：所述用于水体净化的纳米复合材料包括以下重量份的原料：
壳聚糖51-54份、纳米TiO214-16份、活性炭负载纳米膨润土25-28份、纳米水滑石4-6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为(70-75)：(10-12):(16-18):4。
作为本发明的再进一步方案是：所述用于水体净化的纳米复合材料包括以下重量份的原料：
壳聚糖61份、纳米TiO214份、活性炭负载纳米膨润土26份、纳米水滑石4.5份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为70：10:16:4。
作为本发明的再进一步方案是：所述纳米TiO2粒径为16-22nm，所述纳米水滑石粒径为26-28nm。
作为本发明的再进一步方案是：所述纳米TiO2粒径为19nm，所述纳米水滑石粒径为27nm。
本发明还提供了一种制备用于水体净化的纳米复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，活性炭负载纳米膨润土制备：将纳米膨润土按照60:100的量加入到含活性炭的去离子水中，进行超声振荡22-28min，至原料充分混匀，随后再抽滤、干燥，即得活性炭负载纳米膨润土；
步骤二，纳米复合材料制备：将壳聚糖置于磁力搅拌器中，随后加入溶剂，搅拌转速为115-125r/min，搅拌温度为75-85℃，随后再依次加入纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石，搅拌25-35min，随后再加入十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌15-25min，即得本发明的用于水体净化的纳米复合材料。
作为本发明的再进一步方案是：所述步骤一中活性炭、去离子水物质的质量比为30:70。
作为本发明的再进一步方案是：所述步骤二中溶剂为乙醇。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明以壳聚糖作为载体，具有稳定的性质，活性炭交叉连接之间具有细孔，孔隙结构发达，将其与纳米膨润土经过负载，纳米膨润土比表面积大，进而提高重金属吸附效果，以纳米水滑石作为填料，增强复合材料之间的相容性，纳米TiO2具有光催化效果，材料经过合成后，性质十分优异，可有效的吸收污水中的重金属等杂质。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例的一种用于水体净化的纳米复合材料，包括以下重量份的原料：
壳聚糖54份、纳米TiO216份、活性炭负载纳米膨润土28份、纳米水滑石6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为75:12:18:4。
本实施例的纳米TiO2粒径为22nm，所述纳米水滑石粒径为28nm。
本实施例的一种制备用于水体净化的纳米复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，活性炭负载纳米膨润土制备：将纳米膨润土按照60:100的量加入到含活性炭的去离子水中，进行超声振荡28min，至原料充分混匀，随后再抽滤、干燥，即得活性炭负载纳米膨润土；
步骤二，纳米复合材料制备：将壳聚糖置于磁力搅拌器中，随后加入溶剂，搅拌转速为125r/min，搅拌温度为85℃，随后再依次加入纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石，搅拌35min，随后再加入十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌25min，即得本发明的用于水体净化的纳米复合材料。
本实施例的步骤一中活性炭、去离子水物质的质量比为30:70。
本实施例的步骤二中溶剂为乙醇。
实施例2：
本实施例的一种用于水体净化的纳米复合材料，包括以下重量份的原料：
壳聚糖48份、纳米TiO212份、活性炭负载纳米膨润土24份、纳米水滑石3份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为65:8:14:4。
本实施例的纳米TiO2粒径为16nm，所述纳米水滑石粒径为26nm。
本实施例的一种制备用于水体净化的纳米复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，活性炭负载纳米膨润土制备：将纳米膨润土按照60:100的量加入到含活性炭的去离子水中，进行超声振荡22min，至原料充分混匀，随后再抽滤、干燥，即得活性炭负载纳米膨润土；
步骤二，纳米复合材料制备：将壳聚糖置于磁力搅拌器中，随后加入溶剂，搅拌转速为115r/min，搅拌温度为75℃，随后再依次加入纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石，搅拌25min，随后再加入十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌15min，即得本发明的用于水体净化的纳米复合材料。
本实施例的步骤一中活性炭、去离子水物质的质量比为30:70。
本实施例的步骤二中溶剂为乙醇。
实施例3：
本实施例的一种用于水体净化的纳米复合材料，包括以下重量份的原料：
壳聚糖61份、纳米TiO214份、活性炭负载纳米膨润土26份、纳米水滑石4.5份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为70：10:16:4。
本实施例的纳米TiO2粒径为19nm，所述纳米水滑石粒径为27nm。
本实施例的一种制备用于水体净化的纳米复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，活性炭负载纳米膨润土制备：将纳米膨润土按照60:100的量加入到含活性炭的去离子水中，进行超声振荡25min，至原料充分混匀，随后再抽滤、干燥，即得活性炭负载纳米膨润土；
步骤二，纳米复合材料制备：将壳聚糖置于磁力搅拌器中，随后加入溶剂，搅拌转速为120r/min，搅拌温度为80℃，随后再依次加入纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石，搅拌30min，随后再加入十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌20min，即得本发明的用于水体净化的纳米复合材料。
本实施例的步骤一中活性炭、去离子水物质的质量比为30:70。
本实施例的步骤二中溶剂为乙醇。
对比例1.
采用中国专利文献(公开号：CN105110392B)公开了一种非选择性重金属废水快速净化剂。
实施例1-3及对比例1性能测试结果如下
从实施例1-3及对比例1得出，本发明实施1-3残留平均浓度均小于0.01mg/L，而对比例1中残留平均浓度为0.11mg/L，本发明的纳米复合材料对处理污水中的重金属有很大效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种用于水体净化的纳米复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
壳聚糖48-54份、纳米TiO212-16份、活性炭负载纳米膨润土24-28份、纳米水滑石3-6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为(65-75)：(8-12):(14-18):4。
2.根据权利要求1所述的一种用于水体净化的纳米复合材料，其特征在于，所述用于水体净化的纳米复合材料包括以下重量份的原料：
壳聚糖51-54份、纳米TiO214-16份、活性炭负载纳米膨润土25-28份、纳米水滑石4-6份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为(70-75)：(10-12):(16-18):4。
3.根据权利要求2所述的一种用于水体净化的纳米复合材料，其特征在于，所述用于水体净化的纳米复合材料包括以下重量份的原料：
壳聚糖61份、纳米TiO214份、活性炭负载纳米膨润土26份、纳米水滑石4.5份，其中壳聚糖、纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石物质的质量比为70：10:16:4。
4.根据权利要求1所述的一种用于水体净化的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米TiO2粒径为16-22nm，所述纳米水滑石粒径为26-28nm。
5.根据权利要求4所述的一种用于水体净化的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米TiO2粒径为19nm，所述纳米水滑石粒径为27nm。
6.一种制备如权利要求1或2所述用于水体净化的纳米复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，活性炭负载纳米膨润土制备：将纳米膨润土按照60:100的量加入到含活性炭的去离子水中，进行超声振荡22-28min，至原料充分混匀，随后再抽滤、干燥，即得活性炭负载纳米膨润土；
步骤二，纳米复合材料制备：将壳聚糖置于磁力搅拌器中，随后加入溶剂，搅拌转速为115-125r/min，搅拌温度为75-85℃，随后再依次加入纳米TiO2、活性炭负载纳米膨润土、纳米水滑石，搅拌25-35min，随后再加入十六烷基三甲基溴化铵、硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌15-25min，即得本发明的用于水体净化的纳米复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种用于水体净化的纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中活性炭、去离子水物质的质量比为30:70。
8.根据权利要求6所述的一种用于水体净化的纳米复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中溶剂为乙醇。
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