一種同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)注飲用水安全問題，對水質(zhì)的要求也越來越嚴(yán)格。人們能夠直接接觸到的是龍頭水，因此龍頭水的水質(zhì)直接影響了人們對水處理系統(tǒng)的評價(jià)。自來水在管網(wǎng)中常需較長時(shí)間的停留，部分地區(qū)此時(shí)間可長達(dá)2天，停留時(shí)間越長，飲用水受到管網(wǎng)二次污染的可能性越大一一管網(wǎng)中微生物的生長繁殖會直接影響龍頭水水質(zhì)，給人們的健康埋下隱患，因此飲用水生物穩(wěn)定性問題亟待解決。
[0003]控制管網(wǎng)二次污染的方法有多種:沖洗管網(wǎng)，加大消毒劑劑量、控制細(xì)菌營養(yǎng)源等。其中控制細(xì)菌生長的營養(yǎng)源相對其他方法更為經(jīng)濟(jì)、有效、安全。目前，可同化有機(jī)碳(AOC)已被用作評價(jià)飲用水生物穩(wěn)定性的指標(biāo)，而微生物生長的限制因子除了碳源外還有氮、磷等。有研究表明，相對于以AOC為限φ?煙子，降低水中磷含量能夠更加有效地控制微生物生長。因此，去除水中的磷能夠有效地控制管網(wǎng)二次污染。而自來水廠出水中的磷含量較低，一般在yg/L級別，而現(xiàn)有的水處理工藝對痕量磷的處理效果并不能達(dá)到生物穩(wěn)定水平，且有機(jī)物等污染物的存在可能會影響除磷效果。若能同時(shí)去除水中的碳源和磷源，管網(wǎng)中微生物的生長繁殖將會得到更加有效的控制，而在有機(jī)物去除方面，碳材料具有突出的優(yōu)勢，因此能夠應(yīng)對復(fù)合污染問題的除磷碳材料的開發(fā)勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的吸附劑對水中痕量磷去除率低、有機(jī)物和磷不能同時(shí)去除的問題，提供一種同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑及其制備方法。
[0005]本發(fā)明同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑為鑭-聚丙烯腈基碳納米纖維材料，是將納米級鑭化合物均勻負(fù)載到碳納米纖維內(nèi)部和表面得到的。
[0006]上述同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0007]一、將La(NO3)3.6H20溶于DMF(二甲基甲酰胺)中，然后按一定質(zhì)量比加入PAN(聚丙烯腈)，于50?100 0C加熱至PAN完全溶解，得到PAN的DMF溶液，然后對PAN的DMF溶液進(jìn)行高壓靜電紡絲得到紡絲膜，將得到的紡絲膜經(jīng)堿液處理后，使用去離子水反復(fù)沖洗至PH中性，烘干；
[0008]二、將烘干的紡絲膜置于管式爐中，在空氣中對其預(yù)氧化，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行碳化，將碳化后的材料浸于堿液中，浸泡一段時(shí)間后使用去離子水沖洗碳材料至中性，烘干，即得到吸附劑。
[0009]步驟一中PAN與La(NO3)3.6H2O質(zhì)量比為(I?10):1。
[0010]步驟一所述PAN的DMF溶液中PAN與DMF的質(zhì)量比1: (7.3?19)。
[0011 ] 步驟一中高壓靜電紡絲電壓為15?20kV，濕度為20%以下，接收距離為10?20cm。
[0012]步驟一和二中所述堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水，堿液濃度為0.lmol/L0
[0013]步驟一中紡絲膜在堿液中浸泡時(shí)間為1?16h。
[0014]步驟二中紡絲膜的預(yù)氧化程序?yàn)?升溫速率I?3°C/min，預(yù)氧化溫度為250?3000C，在預(yù)氧化溫度下的維持時(shí)間為0.5?2h。
[0015]步驟二中所述碳化的程序?yàn)?升溫速率5?10°C/min，碳化溫度為800?1000°C，在碳化溫度下的維持時(shí)間為I?3h，然后自然冷卻至室溫。
[0016]步驟二中按Ig碳化后的材料加入600?100mL堿液的比例將碳化后的材料浸于堿液中。
[0017]步驟二中碳化后的材料在堿液中的浸泡時(shí)間為2?17h。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明制備得到的吸附劑為鑭-聚丙烯腈基碳納米纖維復(fù)合材料，鑭化合物粒子均勻分布于碳納米纖維內(nèi)部和表面，鑭的存在形式為LaC030H。
[0020]本發(fā)明中鑭化合物粒子為吸附磷的有效成分，鑭化合物與PAN—起溶解于DMF，形成的均勻溶液進(jìn)行紡絲使得鑭化合物均勻分布在PAN納米纖維中。即使經(jīng)過高溫碳化過程，鑭化合物粒子也沒有發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，能夠均勻的分布于碳納米纖維中，不僅增加了磷的吸附點(diǎn)位，還有效地控制了鑭的泄漏。當(dāng)磷的含量為I OOyg/!時(shí)，50mg/L鑭-PAN基碳納米纖維材料對磷的去除率可達(dá)到100%。
[0021]本發(fā)明除了對磷有較好的吸附去除效果外，對有機(jī)物也有明顯的去除。相對于沒有加入鑭的PAN基碳納米纖維材料，鑭的加入提高了對有機(jī)物的吸附能力。當(dāng)腐殖酸(HA)含量在3mgT0C/L時(shí)，0.lg/L鑭-PAN基碳納米纖維材料可去除90%的HA。當(dāng)5mg TOC/L HA與100yg/L磷同時(shí)存在時(shí)，0.5g/L的鑭-PAN基碳納米纖維材料可將磷完全去除，而對HA的去除率可達(dá)95%以上。因此本發(fā)明能夠同時(shí)有效地控制水中磷和有機(jī)物的含量。
【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1制備得到的鑭-PAN基碳納米纖維材料掃描電鏡圖；
[0023]圖2為實(shí)施例1制備得到的鑭-PAN基碳納米纖維材料透射電鏡圖；
[0024]圖3為實(shí)施例1中痕量磷去除效果圖；
[0025]圖4為實(shí)施例1中TOC去除效果圖；
[0026]圖5為實(shí)施例1中痕量憐和TOC去除效果圖，其中一▲ 一表不TOC，一 ■ 一表不憐。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0028]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑為鑭-聚丙稀腈基碳納米纖維材料，是將納米級鑭化合物均勾負(fù)載到碳納米纖維內(nèi)部和表面得到的。
[0029]本發(fā)明制備得到的復(fù)合碳材料對痕量磷的吸附去除效果明顯，即使在有機(jī)物存在的情況下仍能有效吸附去除水中的正磷酸鹽，對正磷酸鹽的去除率可到達(dá)100%，且能夠同時(shí)去除水中有機(jī)物。
[0030]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的吸附劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0031]—、將La(NO3)3.6H20溶于DMF中，然后加入PAN，于50?100°C加熱至PAN完全溶解，得到PAN的DMF溶液，然后對PAN的DMF溶液進(jìn)行高壓靜電紡絲得到紡絲膜，將得到的紡絲膜經(jīng)堿液處理后，使用去離子水反復(fù)沖洗至pH中性，烘干；
[0032]二、將烘干的紡絲膜置于管式爐中，在空氣中對其預(yù)氧化，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行碳化，將碳化后的材料浸于堿液中，浸泡后使用去離子水沖洗碳材料至中性，烘干，即得到吸附劑。
[0033]本實(shí)施方式同時(shí)強(qiáng)化去除痕量磷和有機(jī)物的新型吸附劑的制備原料為PAN和La(NO3)3.6H20，經(jīng)過紡絲得到的纖維膜必須經(jīng)過堿處理，使鑭以La(0H)3或LaCO3OH等穩(wěn)定形式存在于PAN納米纖維中。否則，在預(yù)氧化和碳化的過程中，硝酸鑭將會汽化，造成吸附磷的有效成分大量損失，嚴(yán)重影響除磷效果。
[0034]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同的是:步驟一中PAN與La(NO3)3.6H20質(zhì)量比為(I?10):1。其它與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二或三不同的是:步驟一所述PAN的DMF溶液中PAN與DMF的質(zhì)量比1:(7.3?19)。其它與【具體實(shí)施方式】二或三相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至四之一不同的是:步驟一中高壓靜電紡絲電壓為15?20kV，濕度為20%以下，接收距離為10?20cm。其它與【具體實(shí)施方式】二至四之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至五之一不同的是:步驟一和二中所述堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水，堿液濃度為0.lmol/L。其它與【具體實(shí)施方式】二至五之一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至六之一不同的是:步驟一中紡絲膜在堿液中浸泡時(shí)間為10?16h。其它與【具體實(shí)施方式】二至六之一相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二至七之一不同的是:步驟二中紡絲膜的預(yù)氧化程序?yàn)?升溫速