一种同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种吸附剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，人们越来越关注饮用水安全问题，对水质的要求也越来越严格。人们能够直接接触到的是龙头水，因此龙头水的水质直接影响了人们对水处理系统的评价。自来水在管网中常需较长时间的停留，部分地区此时间可长达2天，停留时间越长，饮用水受到管网二次污染的可能性越大一一管网中微生物的生长繁殖会直接影响龙头水水质，给人们的健康埋下隐患，因此饮用水生物稳定性问题亟待解决。
[0003]控制管网二次污染的方法有多种:冲洗管网，加大消毒剂剂量、控制细菌营养源等。其中控制细菌生长的营养源相对其他方法更为经济、有效、安全。目前，可同化有机碳(AOC)已被用作评价饮用水生物稳定性的指标，而微生物生长的限制因子除了碳源外还有氮、磷等。有研究表明，相对于以AOC为限φ?烟子，降低水中磷含量能够更加有效地控制微生物生长。因此，去除水中的磷能够有效地控制管网二次污染。而自来水厂出水中的磷含量较低，一般在yg/L级别，而现有的水处理工艺对痕量磷的处理效果并不能达到生物稳定水平，且有机物等污染物的存在可能会影响除磷效果。若能同时去除水中的碳源和磷源，管网中微生物的生长繁殖将会得到更加有效的控制，而在有机物去除方面，碳材料具有突出的优势，因此能够应对复合污染问题的除磷碳材料的开发势在必行。
【发明内容】
[0004]本发明是要解决现有的吸附剂对水中痕量磷去除率低、有机物和磷不能同时去除的问题，提供一种同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂及其制备方法。
[0005]本发明同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂为镧-聚丙烯腈基碳纳米纤维材料，是将纳米级镧化合物均匀负载到碳纳米纤维内部和表面得到的。
[0006]上述同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂的制备方法，按以下步骤进行:
[0007]一、将La(NO3)3.6H20溶于DMF(二甲基甲酰胺)中，然后按一定质量比加入PAN(聚丙烯腈)，于50?100 0C加热至PAN完全溶解，得到PAN的DMF溶液，然后对PAN的DMF溶液进行高压静电纺丝得到纺丝膜，将得到的纺丝膜经碱液处理后，使用去离子水反复冲洗至PH中性，烘干；
[0008]二、将烘干的纺丝膜置于管式炉中，在空气中对其预氧化，然后在氮气保护下进行碳化，将碳化后的材料浸于碱液中，浸泡一段时间后使用去离子水冲洗碳材料至中性，烘干，即得到吸附剂。
[0009]步骤一中PAN与La(NO3)3.6H2O质量比为(I?10):1。
[0010]步骤一所述PAN的DMF溶液中PAN与DMF的质量比1: (7.3?19)。
[0011 ] 步骤一中高压静电纺丝电压为15?20kV，湿度为20%以下，接收距离为10?20cm。
[0012]步骤一和二中所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水，碱液浓度为0.lmol/L0
[0013]步骤一中纺丝膜在碱液中浸泡时间为1?16h。
[0014]步骤二中纺丝膜的预氧化程序为:升温速率I?3°C/min，预氧化温度为250?3000C，在预氧化温度下的维持时间为0.5?2h。
[0015]步骤二中所述碳化的程序为:升温速率5?10°C/min，碳化温度为800?1000°C，在碳化温度下的维持时间为I?3h，然后自然冷却至室温。
[0016]步骤二中按Ig碳化后的材料加入600?100mL碱液的比例将碳化后的材料浸于碱液中。
[0017]步骤二中碳化后的材料在碱液中的浸泡时间为2?17h。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]本发明制备得到的吸附剂为镧-聚丙烯腈基碳纳米纤维复合材料，镧化合物粒子均匀分布于碳纳米纤维内部和表面，镧的存在形式为LaC030H。
[0020]本发明中镧化合物粒子为吸附磷的有效成分，镧化合物与PAN—起溶解于DMF，形成的均匀溶液进行纺丝使得镧化合物均匀分布在PAN纳米纤维中。即使经过高温碳化过程，镧化合物粒子也没有发生严重的团聚现象，能够均匀的分布于碳纳米纤维中，不仅增加了磷的吸附点位，还有效地控制了镧的泄漏。当磷的含量为I OOyg/!时，50mg/L镧-PAN基碳纳米纤维材料对磷的去除率可达到100%。
[0021]本发明除了对磷有较好的吸附去除效果外，对有机物也有明显的去除。相对于没有加入镧的PAN基碳纳米纤维材料，镧的加入提高了对有机物的吸附能力。当腐殖酸(HA)含量在3mgT0C/L时，0.lg/L镧-PAN基碳纳米纤维材料可去除90%的HA。当5mg TOC/L HA与100yg/L磷同时存在时，0.5g/L的镧-PAN基碳纳米纤维材料可将磷完全去除，而对HA的去除率可达95%以上。因此本发明能够同时有效地控制水中磷和有机物的含量。
【附图说明】
[0022]图1为实施例1制备得到的镧-PAN基碳纳米纤维材料扫描电镜图；
[0023]图2为实施例1制备得到的镧-PAN基碳纳米纤维材料透射电镜图；
[0024]图3为实施例1中痕量磷去除效果图；
[0025]图4为实施例1中TOC去除效果图；
[0026]图5为实施例1中痕量憐和TOC去除效果图，其中一▲ 一表不TOC，一 ■ 一表不憐。
【具体实施方式】
[0027]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0028]【具体实施方式】一:本实施方式同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂为镧-聚丙稀腈基碳纳米纤维材料，是将纳米级镧化合物均勾负载到碳纳米纤维内部和表面得到的。
[0029]本发明制备得到的复合碳材料对痕量磷的吸附去除效果明显，即使在有机物存在的情况下仍能有效吸附去除水中的正磷酸盐，对正磷酸盐的去除率可到达100%，且能够同时去除水中有机物。
[0030]【具体实施方式】二:本实施方式同时强化去除痕量磷和有机物的吸附剂的制备方法，按以下步骤进行:
[0031]—、将La(NO3)3.6H20溶于DMF中，然后加入PAN，于50?100°C加热至PAN完全溶解，得到PAN的DMF溶液，然后对PAN的DMF溶液进行高压静电纺丝得到纺丝膜，将得到的纺丝膜经碱液处理后，使用去离子水反复冲洗至pH中性，烘干；
[0032]二、将烘干的纺丝膜置于管式炉中，在空气中对其预氧化，然后在氮气保护下进行碳化，将碳化后的材料浸于碱液中，浸泡后使用去离子水冲洗碳材料至中性，烘干，即得到吸附剂。
[0033]本实施方式同时强化去除痕量磷和有机物的新型吸附剂的制备原料为PAN和La(NO3)3.6H20，经过纺丝得到的纤维膜必须经过碱处理，使镧以La(0H)3或LaCO3OH等稳定形式存在于PAN纳米纤维中。否则，在预氧化和碳化的过程中，硝酸镧将会汽化，造成吸附磷的有效成分大量损失，严重影响除磷效果。
[0034]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】二不同的是:步骤一中PAN与La(NO3)3.6H20质量比为(I?10):1。其它与【具体实施方式】二相同。
[0035]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】二或三不同的是:步骤一所述PAN的DMF溶液中PAN与DMF的质量比1:(7.3?19)。其它与【具体实施方式】二或三相同。
[0036]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】二至四之一不同的是:步骤一中高压静电纺丝电压为15?20kV，湿度为20%以下，接收距离为10?20cm。其它与【具体实施方式】二至四之一相同。
[0037]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】二至五之一不同的是:步骤一和二中所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水，碱液浓度为0.lmol/L。其它与【具体实施方式】二至五之一相同。
[0038]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】二至六之一不同的是:步骤一中纺丝膜在碱液中浸泡时间为10?16h。其它与【具体实施方式】二至六之一相同。
[0039]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】二至七之一不同的是:步骤二中纺丝膜的预氧化程序为:升温速