申请日2016.11.22
公开(公告)日2017.02.08
IPC分类号B01J20/04; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/34
摘要
本发明提供纳米复合吸附材料的制备方法、用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂及处理方法，所述纳米复合吸附材料以SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6为混合原料，经过混合原料配制为水溶液、60~80℃下烘干1~2 h、400~700℃下煅烧4~6 h、冷却研磨等步骤制得。用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂组分包括所述纳米复合吸附材料，具体处理时将所述用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂投加入废水中进行处理。本发明纳米复合吸附材料对废水中的三羟基三苯甲烷类物质选择吸附性强，且吸附容量高，对结晶紫的吸附率高达93.85%，取得了意想不到的选择吸附效果。
权利要求书
1.一种纳米复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6为混合原料，将所述混合原料溶于水中配成混合溶液;其中，所述SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6的质量比为1~3：1~5：1~10;
2)将步骤1)配制的混合溶液置于60~80℃下烘干1~2 h，得到烘干混合材料;
3)将步骤2)得到的烘干混合材料于400~700℃下煅烧4~6 h，得到煅烧材料;
4)对步骤3)得到的煅烧材料进行粉碎处理，得到所述纳米复合吸附材料。
2.根据权利要求1所述纳米复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述混合原料的总质量与所述水的质量体积比≥1:10。
3.根据权利要求1所述纳米复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中将所述混合原料置于水中超声分散处理10~20 min，配成混合溶液。
4.根据权利要求1所述纳米复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6的质量比为1:1:3。
5.根据权利要求1所述纳米复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中将烘干混合材料于550℃下煅烧4 h。
6.一种用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂，其特征在于，其组分包括权利要求1~5任一所述方法制得的纳米复合吸附材料。
7.一种废水中三羟基三苯甲烷类物质的处理方法，其特征在于，将权利要求6所述用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂投加入废水中处理15~120 min;其中，所述吸附剂与废水的质量体积比为0.2~1.0 g：1000 mL。
8.根据权利要求7所述废水中三羟基三苯甲烷类物质的处理方法，其特征在于，所述吸附剂与废水的质量体积比为1.0 g：1000 mL，处理时间为90 min。
9.根据权利要求7所述废水中三羟基三苯甲烷类物质的处理方法，其特征在于，所述三羟基三苯甲烷类物质为结晶紫。
说明书
纳米复合吸附材料的制备方法、用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂及处理方法
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及纳米复合吸附材料的制备方法、用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂及处理方法。
背景技术
社会经济的迅速发展导致水环境污染日益突出。目前，用于废水处理的主要技术有活性污泥法、膜分离法、电化学法等。其中以吸附材料为基础的吸附法因处理污染物效率高、操作费用少、处理速度快、适应性强等特点至今仍被广泛使用。
传统的吸附材料主要有活性炭、活性氧化铝、硅藻土、沸石、硅藻土、壳聚糖、吸附树脂等。但这些吸附材料普遍存在吸附无选择性、再生困难、吸附容量低等缺陷。纳米材料比表面积大的特点使其成为新型吸附材料的首选，且纳米材料随着粒子直径的减小，比表面积迅速增加，吸附效果越好，如何制备粒径小的纳米材料是其成为吸附材料的关键，纳米材料的选择吸附性也是决定其吸附性能的重要指标。但目前尚没有性能优异的纳米吸附材料存在，因此，研究人员仍在针对以上材料缺陷寻找高效、专一的新型吸附材料。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中吸附材料吸附无选择性、吸附容量低的问题，而提供一种吸附容量高、选择性好的纳米复合吸附材料的制备方法、用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂及处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种纳米复合吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
1)以SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6为混合原料，将所述混合原料溶于水中配成混合溶液;其中，所述SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6的质量比为1~3：1~5：1~10;
2)将步骤1)配制的混合溶液置于60~80℃下烘干1~2 h，得到烘干混合材料;
3)将步骤2)得到的烘干混合材料于400~700℃下煅烧4~6 h，得到煅烧材料;
4)对步骤3)得到的煅烧材料进行粉碎处理，得到所述纳米复合吸附材料。
现有技术中类石墨型氮化碳(Graphitic carbon nitride，g-C3N4)聚合物具有与石墨类似的层状结构，层上是由C3N3环或C6N7环构成，环之间通过N原子相连形成一层无限扩展的平面，层与层之间则是由弱的范德华力结合起来，大多数无机化合物和无机金属离子能够结合或者插入到g-C3N4基质中，改变其固有性质，提高其在催化领域的使用范畴，常被用作光催化剂领域。SrCO3被广泛用于彩电阴极射线管、电磁铁、锶铁氧体等领域，铋系化合物具有优越的光催化性能而被前人常用来研究作为光催化剂。目前为止本领域技术人员都是重点关注上述是三种材料的光催化性能)并没有过采用类石墨型氮化碳、SrCO3和铋系化合物制备纳米吸附材料的相关研究，现有技术中也没有相关研究证明类石墨型氮化碳、SrCO3和铋系化合物可以用作吸附剂制备原料用来制备具有优异吸附功能的纳米吸附材料。本发明突破现有技术中类石墨型氮化碳、SrCO3和铋系化合物仅作为光催化剂原料的常规认识，在研究类石墨型氮化碳、SrCO3和铋系化合物三种材料复合制作光催化材料时偶然发现制得的材料不具有很好的光催化性能，却具有突出的吸附功效，研究发现基于g-C3N4的层状结构以及SrCO3、铋系化合物具备的特殊性能，通过煅烧的方法改变了材料的晶型结构、表面基团等，以使该复合体系具有优良的吸附容量，尤其对废水中的有机染料具有良好的选择吸附效果，取得了意想不到的纳米吸附效果。
进一步，步骤1)中所述混合原料的总质量与所述水的质量体积比≥1:10。这样的用量，可以既满足使混合原料更均匀地分散混合在水中的要求，又避免了用水量过多导致的后续干燥时间过长的问题。
进一步，步骤1)中将所述混合原料置于水中超声分散处理10~20 min，配成混合溶液。采用超声分散处理的方法，可以有效提高分散效率，使溶质更加充分彻底地溶解在混合溶液中，混合性能更好。
进一步，步骤1)中所述SrCO3、Bi(NO3)3·5H2O和C3H6N6的质量比为1:1:3。采用这样的质量比，可以使得到的吸附材料对三羟基三苯甲烷类物质的吸附效果更好，对结晶紫的吸附效果可达93.85%，取得了优异的吸附效果。
作为优化，步骤3)中将烘干混合材料于550℃下煅烧4 h。采用这样的煅烧时间和煅烧温度，可以使复合材料煅烧后的晶型结构更加能够满足高吸附效果的要求。
一种用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂，其组分包括上述方法制得的纳米复合吸附材料。这样的废水处理用吸附剂相较于现有技术中的活性炭、硅藻土等吸附剂选择吸附性更强，尤其对废水中的三羟基三苯甲烷类物质具有高选择吸附性，对印染废水中的各种结晶紫等三羟基三苯甲烷类物质吸附容量高，处理效果好，相较于现有印染废水中三羟基三苯甲烷类物质处理用吸附剂取得了意想不到的吸附处理效果。
一种废水中三羟基三苯甲烷类物质的处理方法，将所述用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂投加入废水中处理15~120 min;其中，所述吸附剂与废水的质量体积比为0.2~1.0 g：1000 mL。按照这样的处理方法对废水中的三羟基三苯甲烷类物质进行吸附处理，既保证了吸附处理效果好，又缩短了现有废水中三羟基三苯甲烷类物质的处理时间，具有良好的市场前景。
作为优化，所述吸附剂与废水的质量体积比为1.0 g：1000 mL，处理时间为90min。这样的处理条件下，吸附效果最好。
作为优化，所述有机染料为结晶紫。本发明方法对结晶紫的去除效果最好，对结晶紫的吸附效率高达93.85%。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明方法突破现有技术中类石墨型氮化碳、SrCO3和铋系化合物仅作为光催化剂原料的常规认识，基于g-C3N4的层状结构以及SrCO3、铋系化合物的协同配伍作用，煅烧制得了具有高选择性、高吸附容量的纳米吸附材料，该纳米吸附材料对废水中的三羟基三苯甲烷类物质选择吸附性强、吸附效果好，尤其对结晶紫的吸附率高达93.85%，取得了意想不到的吸附处理效果。且本发明方法制备过程简单，用于废水处理时操作便捷、处理时间短，具有良好的工业化生产和市场应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
实施例1：
一种纳米复合吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
1)分别取4.5 g SrCO3、4.5g Bi(NO3)3·5H2O、9.0g C3H6N6作为混合原料，将混合原料溶于15 mL去离子水中，然后超声分散15 min使其混合均匀，得到混合溶液。
2)将步骤1)得到的混合溶液置于60℃烘箱中，烘干1.5 h，以去除混合溶液中的多余水分，得到烘干混合材料。
3)将步骤2)烘干混合材料置于马弗炉中煅烧，温度设定为550℃，煅烧时间为4h，得到煅烧材料。
4)待步骤3)得到的煅烧材料冷却至室温后，用研钵研细后，即得制备的纳米复合吸附材料。
本实施例还提供了一种用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂，其组分为本实施例上述方法制得的纳米复合吸附材料。
将该用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂投加入10 mg/L的结晶紫溶液(模拟含有有机染料的废水)中，所述吸附剂与结晶紫溶液的质量体积比为1.0g：1000mL，在25℃下对结晶紫溶液进行吸附处理135 min，结果显示采用这样的处理方法，对结晶紫的吸附效率可高达93.85%，取得了突出的选择吸附性和高吸附容量效果。
实施例2：
一种纳米复合吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
1)分别取2.0 g SrCO3、2.0 g Bi(NO3)3·5H2O、14.0 g C3H6N6作为混合原料，将混合原料溶于20 mL去离子水中，然后超声分散20 min使其混合均匀，得到混合溶液。
2)将步骤1)得到的混合溶液置于80℃烘箱中，烘干2 h，以去除混合溶液中的多余水分，得到烘干混合材料。
3)将步骤2)烘干混合材料置于马弗炉中煅烧，温度设定为550℃，煅烧时间为4h，得到煅烧材料。
4)待步骤3)得到的煅烧材料冷却至室温后，用研钵研细，即得制备的纳米复合吸附材料。
本实施例还提供了一种用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂，其组分为本实施例上述方法制得的纳米复合吸附材料。
将该用于处理废水中三羟基三苯甲烷类物质的吸附剂投加入10 mg/L的结晶紫溶液(模拟含有有机染料的废水)中，所述吸附剂与结晶紫溶液的质量体积比为1.0g：1000mL，在25℃下对结晶紫溶液进行吸附处理135 min，结果显示采用这样的处理方法，对结晶紫的吸附效率可高达85.24%，取得了突出的选择吸附性和高吸附容量效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。