聚納米管改性碳纖維吸附劑及其制備和應用制造技術

本發明專利技術涉及聚納米管改性碳纖維吸附劑及其制備和應用。具體地，本發明專利技術公開了一種碳纖維吸附劑，所述碳纖維吸附劑包括改性的碳纖維，所述改性的碳纖維包括碳纖維基體、結合于所述碳纖維基體表面的改性聚合物膜層和結合于所述改性聚合物膜層表面的聚納米管改性層。本發明專利技術還公開了所述碳纖維吸附劑的制備方法和應用。所述碳纖維吸附劑具有優異的吸附性能、可循環使用且不會對水體產生二次污染，為水體凈化提供了一種更優的選擇。

Poly (nanotube) modified carbon fiber adsorbent and preparation and application thereof

The invention relates to a carbon nanotube modified carbon fiber adsorbent and its preparation and application. Specifically, the invention discloses a carbon fiber adsorbent, the carbon fiber adsorbent including carbon fiber modification, the modified carbon fiber with carbon fiber matrix, including modified polymer film and a combination of the carbon fiber matrix on the surface of the modified film on the surface of polymer poly nanotube modified layer. The invention also discloses the preparation method and application of the carbon fiber adsorbent. The carbon fiber adsorbent has excellent adsorption performance, can be recycled and can not generate two pollution to the water body, and provides a better choice for the purification of the water body.

【技術實現步驟摘要】
聚納米管改性碳纖維吸附劑及其制備和應用
本專利技術涉及材料領域，具體地涉及一種聚納米管改性碳纖維吸附劑及其制備和應用。
技術介紹
銅、鉻等重金屬元素廣泛存在于地殼中的巖石、土壤、河水、海水及大氣中，作為一種強污染物，當其在生態循環過程中進入水體后，會對人類健康產生嚴重威脅。目前，雖有報道顯示可使用活性炭作為吸附劑對水體進行預處理，但是其僅能去除水體中的固態的雜質顆粒、油污等；并且，活性炭在使用過程中存在循環使用性能差且隨著使用時間的延長會對水體造成二次污染的問題。因此，本領域急需開發一種新型的吸附性能優異、可循環使用且不會對水體造成二次污染的重金屬離子吸附劑。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種新型的吸附性能優異、可循環使用且不會對水體造成二次污染的重金屬離子吸附劑。本專利技術的第一方面，提供了一種碳纖維吸附劑，所述碳纖維吸附劑包括改性的碳纖維，所述改性的碳纖維包括碳纖維基體、結合于所述碳纖維基體表面的改性聚合物膜層和結合于所述改性聚合物膜層表面的聚納米管改性層。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑的形狀為纖維狀。在另一優選例中，所述改性的碳纖維從內到外依次為碳纖維基體、改性聚合物膜層和聚納米管改性層。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層的厚度為0.1-0.5μm；和/或所述聚納米管改性層的厚度為0.3－1.2μm。在另一優選例中，所述碳纖維基體的直徑為3-10μm，較佳地為5-8μm。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層的厚度為0.1－0.4μm，較佳地為0.2－0.3μm。在另一優選例中，所述聚納米管改性層的厚度為0.30－0.8μm，較佳地為0.4－0.6μm。在另一優選例中，所述聚納米管改性層為網狀。在另一優選例中，所述聚納米管改性層存在(少量的)微孔結構。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層和所述聚納米管改性層的組成基本相同，均為第一改性劑和第二改性劑的共聚物。在另一優選例中，所述第一改性劑為六氯環三膦腈；和/或所述第二改性劑為4,4’-二羥基二苯砜。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對銅(Ⅱ)的吸附容量≥65mg/g，較佳地70mg/g。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對鉻(Ⅵ)的吸附容量≥95mg/g，較佳地98mg/g。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對銅(Ⅱ)的去除率≥85％，較佳地≥88％。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對鉻(Ⅵ)的去除率≥88％，較佳地≥91％。本專利技術的第二方面，提供了一種本專利技術第一方面所述的碳纖維吸附劑的制備方法，包括如下步驟：1)提供碳纖維材料、第一改性溶液和第二改性溶液，其中，所述第一改性溶液包含第一改性劑和第一溶劑；所述第二改性溶液包含第二改性劑和第二溶劑；2)在攪拌條件下，將所述碳纖維材料加入所述第一改性溶液中，加熱所得混合物，反應得到含經第一改性劑改性的碳纖維材料的混合物；3)在超聲輔助條件下，混合所述第二改性溶液和步驟2)所得產物，反應得到經第一改性劑和第二改性劑的共聚物改性的碳纖維吸附劑。在另一優選例中，所述第一溶劑選自下組：無水乙腈、四氫呋喃、或其組合。在另一優選例中，所述第二溶劑為四氫呋喃。在另一優選例中，所述第一改性劑和所述第二改性劑如本專利技術第一方面所述。在另一優選例中，所述第一改性溶液和/或第二改性溶液中還包含反應促進劑，如三乙胺。在另一優選例中，在步驟1)之前還包括步驟：活化處理所述碳纖維材料。在另一優選例中，步驟2)中，所述第一改性劑和所述碳纖維材料的質量比為0.5-15，較佳地為1-10。在另一優選例中，步驟2)所述加熱的溫度為30-70℃，較佳地35-60℃，更佳地38-45℃。在另一優選例中，步驟2)中在所述加熱溫度下的反應時間為0.1-5小時，較佳地為0.3-3小時。在另一優選例中，步驟3)中，所述碳纖維材料、所述第一改性劑和所述第二改性劑的質量比為1：1-5：3-15，較佳地1：1.5-4：4-10。在另一優選例中，步驟3)所述反應的反應溫度為室溫，如10-40℃(較佳地15-35℃)。在另一優選例中，步驟3)所述反應的反應時間為2-10小時，較佳地為3-8小時。在另一優選例中，在所述步驟3)之后還任選地包括如下步驟：4)去除前述步驟中未反應單體和/或副產物；5)任選地洗滌前述步驟所得產物；6)任選地干燥處理前述步驟所得產物。在另一優選例中，所述去除采用抽提方法進行，所述抽提所用抽提劑同第一溶劑。在另一優選例中，所述干燥處理的溫度為40-80℃，時間為5-24小時。本專利技術的第三方面，提供了一種凈水方法，使用本專利技術第一方面所述的碳纖維吸附劑對水體進行吸附處理。本專利技術的第四方面，提供了一種制品，所述制品含有本專利技術第一方面所述的碳纖維吸附劑或由本專利技術第一方面所述的碳纖維吸附劑組成。應理解，在本專利技術范圍內中，本專利技術的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附圖說明圖1為實施例1所得碳纖維吸附劑1的SEM結果。圖2為碳纖維吸附劑1的XPS全譜分析結果。具體實施方式本專利技術人經過長期而深入的研究，通過采用特定的制備工藝意外地制得一種新型的綜合性能優異的吸附劑。具體地，本專利技術人首次采用耐腐蝕、耐氧化的碳纖維材料作為吸附材料基體，通過多次表面改性結合特定的制備工藝制備得到一種吸附性能優異、可循環使用且不會對水體造成二次污染的重金屬離子吸附劑。所述吸附劑的制備方法具有工藝簡單、易于工業化生產的特點。在此基礎上，專利技術人完成了本專利技術。碳纖維吸附劑本專利技術提供了一種碳纖維吸附劑，所述碳纖維吸附劑包括改性的碳纖維，所述改性的碳纖維包括碳纖維基體、結合于所述碳纖維基體表面的改性聚合物膜層和結合于所述改性聚合物膜層表面的聚納米管改性層。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑的形狀為纖維狀。在另一優選例中，所述改性的碳纖維從內到外依次為碳纖維基體、改性聚合物膜層和聚納米管改性層。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層的厚度為0.1-0.5μm；和/或所述聚納米管改性層的厚度為0.3－1.2μm。在另一優選例中，所述碳纖維基體的直徑為3-10μm，較佳地為5-8μm。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層的厚度為0.1－0.4μm，較佳地為0.2－0.3μm。在另一優選例中，所述聚納米管改性層的厚度為0.30－0.8μm，較佳地為0.4－0.6μm。在另一優選例中，所述聚納米管改性層為網狀。在另一優選例中，所述聚納米管改性層存在(少量的)微孔結構。在另一優選例中，所述改性聚合物膜層和所述聚納米管改性層的組成基本相同，均為第一改性劑和第二改性劑的共聚物。在另一優選例中，所述第一改性劑為六氯環三膦腈；和/或所述第二改性劑為4,4’-二羥基二苯砜。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對銅(Ⅱ)的吸附容量≥65mg/g，較佳地70mg/g。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對鉻(Ⅵ)的吸附容量≥95mg/g，較佳地98mg/g。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對銅(Ⅱ)的去除率≥85％，較佳地≥88％。在另一優選例中，所述碳纖維吸附劑對鉻(Ⅵ)的去除率≥88％，較佳地≥91％。吸附是利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面的過程。吸附主要包括兩種吸附方式：物理吸附和化學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳纖維吸附劑，其特征在于，所述碳纖維吸附劑包括改性的碳纖維，所述改性的碳纖維包括碳纖維基體、結合于所述碳纖維基體表面的改性聚合物膜層和結合于所述改性聚合物膜層表面的聚納米管改性層。

【技術特征摘要】
1.一種碳纖維吸附劑，其特征在于，所述碳纖維吸附劑包括改性的碳纖維，所述改性的碳纖維包括碳纖維基體、結合于所述碳纖維基體表面的改性聚合物膜層和結合于所述改性聚合物膜層表面的聚納米管改性層。2.如權利要求1所述的碳纖維吸附劑，其特征在于，所述改性聚合物膜層的厚度為0.1-0.5μm；和/或所述聚納米管改性層的厚度為0.3－1.2μm。3.如權利要求1所述的碳纖維吸附劑，其特征在于，所述聚納米管改性層為網狀。4.如權利要求1所述的碳纖維吸附劑，其特征在于，所述改性聚合物膜層和所述聚納米管改性層的組成基本相同，均為第一改性劑和第二改性劑的共聚物。5.如權利要求4所述的碳纖維吸附劑，其特征在于，所述第一改性劑為六氯環三膦腈；和/或所述第二改性劑為4,4’-二羥基二苯砜。6.一種權利要求1所述的碳纖維吸附劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)提供碳纖維材料、第一改性溶液和第二改性...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳祥，徐海兵，祝穎丹，劉東，陳明達，林新耀，涂麗艷，顏春，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江,33