采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法
【专利摘要】本发明公开了采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法，它是称取50 mg碳纳米材料于150 ml的锥形瓶中，加入100 ml，100 mg·L?1的Cu2+单一离子溶液，调pH为6，于室温下分别振荡1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min、1 h、2 h、4 h、8 h、24 h，迅速过滤溶液，用原子吸收分光光度法测定滤液中金属离子的残留浓度。本发明进一步公开了碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法在提高对重金属的吸附速度方面的应用。其中的吸附亲和力指的是氧化石墨烯对Cu2+的吸附。
【专利说明】
采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法
技术领域
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，涉及一种采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸 附的调控方法。
【背景技术】
[0002] 大多数重金属是过渡性元素。土壤环境中，重金属在一定幅度内会发生氧化还原 反应，不同价态的重金属具有不同的活性和毒性。土壤重金属污染具有范围广、持续时间 长、隐蔽性强、通过食物链富集、治理难度大、不可逆性等特点。大量生物分析与毒理研究表 明，环境中重金属元素的生物活性、毒性以及重金属的迀移转化过程和其在环境中的存在 形态密切相关。因此只依靠重金属总量很难表明重金属的污染特征。
[0003] 重金属在土壤中形成不同的化学形态，易被土壤介质吸附。但是在各种因素的影 响下，重金属会发生迀移和转换。重金属在土壤中的迀移是一个十分复杂的过程，是物理迀 移、物理化学迀移和生物迀移三种迀移方式共同作用的结果，导致了重金属在土壤中迀移 的难以预测性。
[0004] 在吸附研究中，吸附量是很重要的物理量。在恒定温度下，吸附量与溶液平衡浓度 的关系曲线称为吸附等温线。由吸附等温线的形状和变化规律可以了解吸附质和吸附剂的 作用强弱，界面上吸附质的状态和吸附层结构。
[0005] 根据Giles对等温吸附曲线的分类，将等温吸附曲线分为S型、L型、Η型和C型。S型 在低浓度时，溶质含量约高则吸附越快，但吸附位点逐渐达到饱和状态后，斜率最终减少为 〇儿型等温曲线的斜率随吸附质浓度的增加而减少，这是常见的等温线。Η型等温线是L型等 温线的特例，是高亲和等温吸附曲线，吸附质对溶剂的亲和力非常大，即使溶剂浓度极低， 也能够被吸附。C型是恒定分配线性曲线，被吸附物质在溶液和吸附剂固体表面之间有一定 的分配率，吸附量和溶质浓度呈线性关系。通常，浓度度或范围小时表现为C型曲线。
[0006] 水溶液中的溶质在吸附剂表面的等温吸附特性通常用Langmuir模型、 Freundlich模型来描述，以下将对这两种模型详细介绍。Langmuir首次提出了单分子层吸 附模型。
[0007] Langmuir模型是根据气固二相间的单分子层吸附假设而得出的，且模型中每个吸 附空位能量相同，相邻吸附分子间无相互作用力。Freundlich吸附方程并未限定是单层吸 附，可用于不均匀表面情况，是较理想的经验等温吸附方程，在比较窄的浓度范围内，许多 体系都很符合模型。Wang等研究得到木炭对Cd的吸附和Langmuir模型、Freundlich模型的 拟合度较好，R 2值分别为〇. 993和0.989。成杰民等研究发现，Cu和Cd在改性纳米炭黑表面的 修复可以分为快慢两个阶段，均能用Langmuir模型、Freundlich模型拟合。Farghali等研究 表明C 〇Fe204修饰氧化还原石墨烯，对甲基绿的吸附过程是物理吸附，符合朗格缪尔等温曲 线。该模型通常用来解释单分子层吸附的情况，习惯用来计算最大吸附量。
[0008] 人工修复土壤重金属污染的途径可归纳为3种:去除土壤中的重金属，主要以新土 置换、植物提取等方法;对重金属污染进行隔离;改变重金属的存在形态，降低其迀移性和 生物可利用性，以至于能长期稳定地存在于土壤中，以原位固定以及微生物修复为主要代 表。
[0009] 重金属污染土壤原位固定修复在污染土壤治理过程中有着不可替代的作用。在土 壤中添加不同外源物质，通过一系列反应改变重金属的化学形态，降低其迀移性和生物有 效性，减少重金属毒害和迀移积累。常用的土壤修复材料主要有沸石、蛭石、石灰、磷矿、炉 渣等无机物，绿肥、富含碳含量的有机物以及部分可用于修复重金属污染的纳米材料。吴烈 善等对污染土壤中的重金属进行快速钝化处理，根据稳定效率和钝化剂的钝化能力值对各 钝化剂及复配组合的钝化能力进行强弱排序可知石灰钝化能力值最大，施用石灰可降低土 壤中Cu、Zn、As、Hg、Cd、Pb的生物可利用性。飞灰对土壤中Zn和Pb有较强的吸附性能。殷飞 通过向重金属复合污染土壤分别施加4种钝化剂，钢渣、磷矿粉处理后可交换态和碳酸盐结 合态Zn含量明显减少，钢渣、磷矿粉能显著增加残渣态Cu含量，添加磷矿粉后生物难吸收的 钙型砷含量显著增加;其中，木炭和坡缕石主要以重金属的钝化吸附和络合为主，钢渣和磷 矿粉对重金属的修复机制主要以化学沉淀为主。利用颗粒状炉渣和MgO按比例混合后修复 土壤，炉渣对重金属有很好的吸附性能，能够有效改善重金属和有机污染的土壤。Soares 等利用蛋壳堆肥吸附土壤中的Pb和Zn，添加后，能够提高土壤pH值，减少土壤中可交换态Pb 和Zn，能够有效修复土壤重金属。利用绿肥、肥料堆肥等富碳物质和无机酸等联合修复土 壤，可以有效降低As和Cu对土壤的污染。造纸污泥与土壤相互作用能形成新的吸附位点，有 助于Zn在土壤中的固定，改善土壤质量减少渗漏液中重金属含量。Shaheen利用无机物:沸 石、A10、Mn0和碳酸盐和有机改良剂:活性炭、油料残余堆肥固定土壤中的Cu并种植玉米。结 果表明，添加土壤修复剂后，玉米体内Cu含量降低，有机改良剂效果优于无机改良剂，其中 活性炭是和A10效果较好。
[0010] 生物炭具有孔隙度高、比表面积大、表面活性基团多能够吸附大量可交换态阳离 子。其对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降，是一种良好的吸附材料，并且增加土壤有 机质，促进作物增产。生物碳与土壤混合后，土壤中CcUZn和Pb的毒性随着生物炭含量增加 而减少，滤出液中重金属毒性随着时间而减少。Qihong Zhu等利用生物碳修复重金属污染 的水稻土，施加量为0.5%时，土壤中可交换态Cr、Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量分别下降了 18.8、 29.6、26.3、23.0、23.01和48.14%，水稻中211、0(1、？13含量减少了10.96、8.89和8.33%。 Almaroai等人对比了在土壤中添加生物炭、牛骨和蛋壳后种植玉米，分析土壤中Pb的生物 有效性，研究表明，添加生物炭后，玉米枝叶中Pb含量减少。刘晶晶研究不同种类的生物炭 对重金属污染土壤的修复响应，以复合污染的水稻土为供试土样施用不同粒径的生物炭， 稻草炭的添加显著提高了土壤pH值，并且酸溶态Cu、Cd和Zn向还原态和可氧化态转化。施加 生物炭可以改变土壤酶活性，其中脲酶和过氧化物酶活性显著提高，但是酸性磷酸酶活性 降低。
[0011] 纳米颗粒类修复剂含有巨大的比表面积，对土壤中的污染重金属离子具有极强的 吸附作用，可以降低污染土壤中重金属离子的迀移、转化及其生物有效性重金属含量。 Zhangwei Li等利用纳米轻磷灰石(nHAP)以及微米轻磷灰石(mHAP)修复重金属污染的土 壤，他们可以减少土壤中生物可利用态的Pb、Zn、Cu和Cr，并且添加纳米材料后，小白菜体内 的金属含量下降。纳米Ti0 2光催化材料、纳米零价铁等纳米材料在土壤修复环境中也发挥 着重要作用，能够有效降低重金属离子污染毒性。王萌通过盆栽实验研究纳米修复剂:羟基 磷灰石HAP、赤泥RM、Fe3〇4、胡敏酸-Fe3〇4对污染土壤中Cd吸收转运的影响。
[0012]碳纳米材料是纳米材料领域重要的组成部分，主要包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯 及其衍生物等。石墨稀（graphene，GE)是一种由sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的 周期性蜂窝状二维碳质新材料，具有独特的物化性质。2004年，英国曼彻斯特大学物理和 天文学系的Geim和Novoselov等用胶带剥离石墨晶体首次获得了石墨烯，并由此获得了 2010年诺贝尔物理学奖。常见的制备方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、晶体外延 生长法、胶体悬浮液法等。石墨烯巨大的比表面积使它成为优质吸附剂，并且其吸附操作简 便、处理效果好等优点被广泛应用于水相环境污染修复，主要吸附两类污染物:有机物与无 机阴离子。
[0013] 氧化石墨稀（graphene oxide，G0)通常是由石墨经化学氧化、超声制备获得，氧 化石墨烯便于大规模生产。目前报道的常用的石墨氧化方法主要有Brodie法、 Standenmaier法以及Hummers法。同时，氧化石墨稀拥有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧 基团，是一种亲水性物质，可通过功能基团的作用与其他聚合物稳固地结合形成复合物。因 此，氧化石墨烯非常适合在水处理中应用去除水中的金属和有机污染物。
[0014] 碳纳米管是石墨六角网平面卷成无缝筒状的单层管状物质或将其包裹在内，层层 套叠而成的多层"管状物质"。纳米碳管分为单壁碳纳米管（SWNTs)和多壁碳纳米管 (MWNTs)。单壁碳纳米管的直径大致在0.4~2.5nm之间，长度可达数微米;多壁碳纳米管由 多个同轴SWNTs组成，层数可以在两层到几十层之间，层与层之间距离0.34nm，直径可以 达到100nm左右。MWNTs比表面略低，由于MWNTs管壁上存在较多缺陷，因而具有较高的化 学活性。碳纳米管含有丰富的纳米孔隙结构和巨大的比表面积，结构特征决定其物理、化学 性质，主要表现在它具有优良的吸附能力、特殊的电学和机械性质，并且具有优良的吸附能 力。
[0015] 石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管由于其独特的表面结构、巨大的比表面积，使其具 有很强的吸附能力，对有机物、无机物均表现出较强的吸附性能。大量研究表明，碳纳米材 料用于吸附有机污染有很好的吸附效果，利用石墨烯吸附甲醛、碱性染料、含苯环有机物等 污染物质。有采用湿法制备的氧化石墨烯不仅具有良好的机械特征，并且能够有效吸附污 染溶液中的染料。研究以石墨烯为基质的修复材料吸附磺胺甲恶唑，所有材料均表现出较 强的吸附能力，最大吸附量依次是冶1^口116116(239.〇11^?8-1)>8抑?116116-顺2(40.6 11^*区 -4 > graphene-COOH (20.5 mg.g-i)〉graphene_0H(11.5 mg.g-i)。修复性能随环境pH 发展改变，当pH=2的时候，其吸附性能最强，但是当pH=9时，则失去了吸附能力。Far gha 1 i等 采用Hummer法制备氧化石墨稀并还原得到还原氧化石墨稀，用CoFe2〇4修饰氧化还原石墨 烯，测试其对甲基绿的吸附作用，结果表明，石墨烯表面积达40.6m 2/g。此外，氧化石墨烯对 其他碱性染料也有较好的吸附作用，利用3DG0生物高分子凝胶吸附污水中的甲基蓝和甲基 紫，通过实验研究，对二者的吸附最大吸附量分别为ll〇〇mg/g和1350mg/g，并且有吸附具有 很强的选择性。
[0016] 总之，目前碳纳米材料吸附技术主要限于污染水体治理领域，而应用于采用碳纳 米材料对单一体系中CU等温吸附的调控方法方面，还尚无文献报道。
【发明内容】
[0017] 目前，对于碳纳米材料修复重金属的研究多集中于其在水溶液中的吸附特征，而 单一体系中Cu2+等温吸附的调控方法方面的技术较少，考虑到生活垃圾堆肥的特有环境，本 技术采用生活垃圾堆肥浸提液和重金属混合溶液模拟土壤环境，这一技术可为碳纳米材料 钝化重金属提供技术支撑。
[0018] 为实现上述目的本发明公开了如下的技术内容： 一种采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法，其特征在于按如下的步骤 进行： (1) 研制材料 供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理厂，过2_筛备用;小淀生活垃圾堆肥 其基本理化性质为：有机质含量22.00%，容重0.79g/cm3，孔隙度67.98%，饱和含水量 0.67ml .g-SpH值7.49,全氮0.57%，全磷0.34%，全钾1. 21%，有效磷 0.078 g· kg-SC/N 是 8.37,其中金属含量分别为：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5· 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
[0019] 草种选用北方常见禾本科植物高羊茅(Fesiuca artmc/ioacea); 石墨烯微片的微片大小:0.5-20 μπι;微片厚度:5-25 nm;比表面积:40-60 m2/g;密度： 约2.25 g/cm3;电导率：8000-10000 S/m;含碳量：>99.5%〇
[0020] 氧化石墨稀的平均厚度:3.4-7 nm;片层直径：10-50 μπι;层数:5-10层;比表面积： 100-300 m2/g;纯度>90%。
[0021] 羧基化多壁碳纳米管的直径：20-40 nm;长度：10-30 ym;-C00H含量：1.43%;纯度： >90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积:>110 m2/g;导电率:>102 s/cm。
[0022] 羟基化多壁碳纳米管的直径：20-40 nm;长度：10-30 μπι;-〇Η含量：1.63%;纯度：> 90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm; (2) 方法： 本发明进一步公开了采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法在提高对 重金属的吸附速度方面的应用。其中对重金属的吸附速度指的是:氧化石墨烯对Cu2+的吸 附。所述的重金属指的是:Cu。
[0023] 本发明更加详细的描述如下： 1研制材料与方法 1.1材料与试剂 石墨稀微片(Graphene)购于南京吉仓纳米科技有限公司，为黑色，无规则薄片状结构， 微片大小:0.5-20 μπι;微片厚度:5-25 nm;比表面积:40-60 m2/g;密度:约2.25 g/cm3;电导 率:8000-10000 S/m;含碳量:>99.5%。
[0024] 氧化石墨稀(Graphene oxide)购于苏州恒球纳米公司，为黑色或褐黄色粉末，平 均厚度:3.4-7 nm;片层直径：10-50 μπι;层数:5-10层;比表面积：100-300 m2/g;纯度>90%。
[0025] 駿基化多壁碳纳米管（carboxylic multi-walled carbon nanotubes)购于北京 博宇高科技新材料技术有限公司，直径：20-40 nm;长度：10-30 μπι; -C00H含量：1 · 43%;纯 度:>90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积:>110 m2/g;导电率:>102 s/cm。
[0026] 羟基化多壁碳纳米管（Hydroxylation multi-walled carbon nanotubes)购于北 京博宇高科技新材料技术有限公司，直径：20-40 nm;长度：10-30 μπι; -OH含量：1 · 63%;纯 度：>90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm。
[0027] 1.2设计方法 1.2.1吸附时间对吸附效果的影响 称取50 mg碳纳米材料于150 ml的锥形瓶中，加入100 ml，100 mg .1/1的Cu2+单一离子 溶液，调pH为6,于室温下分别振荡 1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min、l h、2 h、4 h、8 h、24 h。迅速过滤溶液，用原子吸收分光光度法测定滤液中金属离子的残留浓度。 [0028] 1.2.2单一重金属吸附实验 分别配制含有Cu2+单一离子不同浓度的溶液，所用溶液均含有0.01 mol · I^NaNOs做 支持电解质，用NaOH或HN〇3来调节重金属溶液的酸度，使溶液的pH都为6，Cu的浓度分别为 25、50、100、150、200、250 mg · L-、
[0029] 称取10 mg的碳纳米材料若干份放入100 ml的锥形瓶中，分别向锥形瓶内加入不 同浓度的单一重金属溶液20 ml，振荡6 h后过滤，滤液用原子吸收分光光度计(TAS-990)测 量重金属浓度。根据吸附实验前后重金属离子浓度的差值计算其吸附量。
[0030] 1.3数据分析 根据平衡质量计算吸附量：
式中，心吸附前溶液初始浓度斑g 〇吸附至埘刻溶液浓度mg :賢吸附溶 液体积L;W吸附剂质量g;: _吸附量mg/g。
[0031 ]根据解吸后重金属含量计算解吸量、解吸率。
[0032] 解吸率=(解吸量/吸附量）X 100% 等温吸附的实验数据用Langmuir模型、Freundlich模型2种等温吸附模型模拟： Langmuir 方程：
式中，％.、.为平衡时单位质量碳纳米材料吸附溶质质量(娜d%良为与吸附能力有 关的Langmuir方程的常数；、表示吸附容量縫^为平衡溶液中重金属离子浓 度（mg · L-1
[0033] Freundl ich 方程：心产 式中，KF和η为Freundlich方程的常数，分别用于评价吸附剂的吸附能力和强度。
[0034]数据处理采用Origin 8.6进行吸附动力曲线拟合。
[0035] 2研制结果分析 Cu2+在碳纳米材料上的吸附曲线如图1所示，不同材料表现出的吸附性能不同，其中碳 纳米管对Cu2+的吸附量优于石墨烯和氧化石墨烯，三种在材料整体表现出低浓度时吸附强 烈，高浓度逐步趋于平缓的趋势。将等温吸附的实验数据用Langmuir模型、Freundlich模 型2种等温吸附模型模拟，以解释碳纳米材料对Cu 2+的吸附机理。
[0036] Langmuir模型、Freundilich模型拟合Cu离子在不同碳纳米材料上吸附的等温曲 线如图2、3所示；用两种模型拟合所得的参数见表1。其中，石墨烯和碳纳米管对Cu2+的吸附 和Freundlich模型拟合的相关系数较高，因此，Freundlich能更好的解释Cu2+在其上的吸附 情况。氧化石墨烯对Cu2+的吸附和Langmuir模型的拟合程度更好。由表可知，石墨烯、氧化石 墨烯、碳纳米管对Cu 2+的最大吸附量为206.752、186.971、250.767，KF值分别为：6.49、 11.70、7.76,并且1/n均小于1，可见，三种材料对Cu离子均较易吸附，其中吸附容量最大的 是碳纳米管。
[0037] 表1碳纳米材料吸附Cu2+的吸附等温方程拟合参数
3研制结论 不同材料表现出的吸附性能不同，其中碳纳米管对Cu2+的吸附量优于石墨烯和氧化石 墨烯，三种在材料整体表现出低浓度时吸附强烈，高浓度逐步趋于平缓的趋势。石墨烯、氧 化石墨烯、碳纳米管对Cu2+的最大吸附量为206.752、186.971、250.767。
[0038]
【附图说明】： 图1碳纳米材料对Cu2+的吸附等温曲线； 图2碳纳米材料吸附Cu 2+的Langmuir模型拟合； 图3碳纳米材料吸附Cu 2+的Freundlich模型拟合。
【具体实施方式】
[0039] 下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段 均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的 范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本 发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也 属于本发明的保护范围。本发明所用原料、试剂均有市售。
[0040] 实施例1 (1)研制材料 供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理厂，过2_筛备用;小淀生活垃圾堆肥 其基本理化性质为：有机质含量22.00%，容重0.79g/cm3，孔隙度67.98%，饱和含水量 0.67ml .g-SpH值7.49,全氮0.57%，全磷0.34%，全钾1. 21%，有效磷 0.078 g· kg-SC/N 是 8.37,其中金属含量分别为：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5· 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
[0041 ] 草种选用北方常见禾本科植物高羊茅(Fesiuca artmc/ioacea); 石墨稀微片的微片大小：10 ym;微片厚度：5 nm;比表面积:40m2/g;密度：约2.25 g/ cm3;电导率:8000 S/m;含碳量:>99.5%〇
[0042] 氧化石墨稀的平均厚度：3.4nm;片层直径：10 μL?;层数：5层；比表面积：100-300 m2/g;纯度 >90%。
[0043] 羧基化多壁碳纳米管的直径：20nm;长度：10 μπι;-⑶OH含量：1.43%;纯度：>90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm。
[0044] 羟基化多壁碳纳米管的直径：20nm;长度：10 μπι;-〇Η含量：1.63%;纯度：>90 wt%; 灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm; (2)方法： 1) 称取50 mg碳纳米材料于150 ml的锥形瓶中，加入100 ml，100 mg·!/1的Cu2+单一离 子溶液，调pH为6,于室温下分别振荡 1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min、l h、2 h、4 h、8 h、24 h，迅速过滤溶液，用原子吸收分光光度法测定滤液中金属离子的残留浓度； 2) 分别配制含有Cu2+单一离子不同浓度的溶液，所用溶液均含有0.01 mol · I^NaNOs 做支持电解质，用NaOH或HN〇3来调节重金属溶液的酸度，使溶液的pH都为6，Cu的浓度分别 为 25301100115012001250 11^-1/^ 称取10 mg的碳纳米材料若干份放入100 ml的锥形瓶中，分别向锥形瓶内加入不同浓 度的单一重金属溶液20 ml，振荡6 h后过滤，滤液用原子吸收分光光度计，TAS-990测量重 金属浓度，根据吸附实验前后重金属离子浓度的差值计算其吸附量。
[0045] 实施例2 (1) 研制材料 供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理厂，过2_筛备用;小淀生活垃圾堆肥 其基本理化性质为：有机质含量22.00%，容重0.79g/cm3，孔隙度67.98%，饱和含水量 0.67ml .g-SpH值7.49,全氮0.57%，全磷0.34%，全钾1. 21%，有效磷 0.078 g· kg-SC/N 是 8.37,其中金属含量分别为：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5· 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
[0046] 草种选用北方常见禾本科植物高羊茅(Fesiuca artmc/ioacea); 石墨烯微片的微片大小：20以111;微片厚度：25 11111;比表面积：6〇1112/^;密度:约2.25 g/cm3;电导率：10000 S/m;含碳量:>99.5%〇
[0047] 氧化石墨稀的平均厚度：7 nm;片层直径：50 μL?;层数：10层；比表面积：300 m2/g;纯度 >90%。
[0048] 羧基化多壁碳纳米管的直径：40 nm;长度：30 μπι;-⑶0H含量：1.43%;纯度：>90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm。
[0049] 羟基化多壁碳纳米管的直径：40 nm;长度：30 μπι;-OH含量：1.63%;纯度：>90 wt%;灰粉：〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率：>102 s/cm; (2) 方法： 1) 称取50 mg碳纳米材料于150 ml的锥形瓶中，加入100 ml，100 mg·!/1的Cu2+单一离 子溶液，调pH为6,于室温下分别振荡 1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min、l h、2 h、4 h、8 h、24 h，迅速过滤溶液，用原子吸收分光光度法测定滤液中金属离子的残留浓度； 2) 分别配制含有Cu2+单一离子不同浓度的溶液，所用溶液均含有0.01 mol · I^NaNOs 做支持电解质，用NaOH或HN〇3来调节重金属溶液的酸度，使溶液的pH都为6，Cu的浓度分别 为 25301100115012001250 11^-1/^ 称取10 mg的碳纳米材料若干份放入100 ml的锥形瓶中，分别向锥形瓶内加入不同浓 度的单一重金属溶液20 ml，振荡6 h后过滤，滤液用原子吸收分光光度计，TAS-990测量重 金属浓度，根据吸附实验前后重金属离子浓度的差值计算其吸附量。
【主权项】
1. 一种采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法，其特征在于按如下的步 骤进行： (1) 研制材料 供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理厂，过2_筛备用； 草种选用北方常见禾本科植物高羊茅artmc/ioacea); 石墨烯微片的微片大小:0.5-20 μπι;微片厚度:5-25 nm;比表面积:40-60 m2/g;密度： 约2.25 g/cm3;电导率：8000-10000 S/m;含碳量：>99.5%; 氧化石墨稀的平均厚度:3.4-7 nm;片层直径：10-50 μπι;层数:5-10层；比表面积：100-300 m2/g;纯度>90%; 羧基化多壁碳纳米管的直径：20-40 nm;长度：10-30 μπι;-⑶0H含量：1.43%;纯度：>90 wt%;灰粉:〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率:>102 s/cm; 羟基化多壁碳纳米管的直径：20-40 nm;长度：10-30 μπι;-〇Η含量：1.63%;纯度：>90 wt%;灰粉：〈8 wt%;比表面积：>110 m2/g;导电率：>102 s/cm; (2) 方法： 1) 称取50 mg碳纳米材料于150 ml的锥形瓶中，加入100 ml，100 mg·!/1的Cu2+单一离 子溶液，调pH为6,于室温下分别振荡 1 min、3 min、5 min、10 min、15 min、30 min、l h、2 h、4 h、8 h、24 h，迅速过滤溶液，用原子吸收分光光度法测定滤液中金属离子的残留浓度； 2) 分别配制含有Cu2+单一离子不同浓度的溶液，所用溶液均含有0.01 mol · L-SaNOs做 支持电解质，用NaOH或HN〇3来调节重金属溶液的酸度，使溶液的pH都为6，Cu的浓度分别为 25、50、100、150、200、250 mg · L-^ 称取10 mg的碳纳米材料若干份放入100 ml的锥形瓶中，分别向锥形瓶内加入不同浓 度的单一重金属溶液20 ml，振荡6 h后过滤，滤液用原子吸收分光光度计，TAS-990测量重 金属浓度，根据吸附实验前后重金属离子浓度的差值计算其吸附量。2. 权利要求1所述的方法，其中所述的小淀生活垃圾堆肥其基本理化性质为:有机质含 量22 · 00%，容重0 · 79g/cm3，孔隙度67 · 98%，饱和含水量0 · 67ml · g-1，pH值7 · 49，全氮0 · 57%， 全磷0.34%，全钾1. 21%，有效磷0.078 g.kg'C/N是8.37，其中金属含量分别为<& 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5. 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。3. 权利要求1所述采用碳纳米材料对单一体系中Cu等温吸附的调控方法在提高对重金 属的吸附速度方面的应用。4. 权利要求3所述的应用，其中对重金属的吸附速度指的是:氧化石墨烯对Cu2+的吸附。5. 权利要求3所述的应用，其中所述的重金属指的是:Cu2+。
【文档编号】B01J20/20GK106092932SQ201610442953
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】多立安, 赵树兰, 卢云峰
【申请人】天津师范大学