一种复合改性膨胀石墨的制备及其在印染废水处理中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合改性膨胀石墨的制备方法及其应用领域，特指CTAB-KBr复合改 性、低温电炉膨化制备膨胀石墨的方法及其在印染废水处理方面的应用。
【背景技术】
[0002] 膨胀石墨是一种廉价而用途极广的材料，广泛应用于密封、导电、吸附、催化和医 学材料等领域，尤其是在废液、废气及含油废水的处理方面。
[0003] 合成染料在纺织、颜料、造纸、塑料、化妆品及食品等行业中被广泛使用，因而全 球每年排放的染料废水占工业废水总量的20%左右，直接排放将对生态环境和人体健康 构成严重威胁。由于生产的原料多为苯系、萘系、蒽醌、苯胺及联苯胺类化合物，且染料多 数具有性质稳定、色泽度高、生态毒性大等特点，因而处理难度大，对环境的影响大，是 典型的生物难降解、难处理有机工业废水之一，其有效处理和再利用是行业清洁发展的关 键之一。染料废水常用的处理方法包括化学法、生物法，物理吸附法等，其中吸附处理因 其简单便捷备受重视。吸附剂的开发和利用是吸附处理的关键因素，近年来发展起来的吸 附剂有活性炭、有机膨润土、分子筛、活化煤以及黏土等，大多以微孔为主，表面多发生单 分子层吸附，且存在成本昂贵、吸附效果不佳等缺点。而膨胀石墨的以大中孔及通孔的孔结 构，为多分子层吸附乃至在孔内发生凝聚提供了条件，因此，利用膨胀石墨特别是改性膨胀 石墨作为吸附剂治理染料废水污染具有很大的发展前景。
[0004] 陈志刚、孙力学等人首次以氨水为改性剂对膨胀石墨进行改性处理并用于甲醛气 体的吸附，陈志刚等人以CTAB为改性剂对膨胀石墨进行表面处理，用于对甲醛的吸附处 理，而以CTAB-KBr为改性剂、以低温电炉为膨胀设备对膨胀石墨进行改性处理并应用于印 染废水的处理还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种CTAB-KBr复合改性、低温电炉膨化制备膨胀石墨的方 法及其在印染废水处理方面的应用。将以天然鳞片石墨所制得的可膨胀石墨用CTAB-KBr 复合改性剂进行表面改性，经水洗、烘干后，以低温电炉代替马弗炉为膨化设备，制得复合 改性膨胀石墨。通过优化CTAB和KBr的用量、可膨胀石墨与复合改性剂的比例、浸渍温度、 浸渍时间等工艺参数等使膨胀石墨表面负载含氮和含溴官能团。
[0006] 本发明具体工艺过程是：将一定量的天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一 定温度下，浸泡在不同浓度的CTAB-KBr复合改性剂溶液中，一定时间后水洗、烘干、膨化， 得到改性膨胀石墨。其中CTAB、KBr浓度范围分别为0· 02mol/L~0. 12mol/L、0. 05 mol/ L~0. 2 mol/L，所用溶剂为水、乙醇等，可膨胀石墨和复合改性剂的比例为1:0. 1~1:0. 5,浸 泡温度为30°C ~80°C，浸泡时间为5~8h，膨化设备为低温电炉，将其应用于不同印染废水的 静态吸附。
[0007] 本发明制备出的改性膨胀石墨是经过CTAB-KBr复合改性剂浸渍的膨胀石墨， CTAB-KBr复合改性剂溶液的加入增大了膨胀石墨的比表面积和孔隙度，增加了表面的活 性，使吸附质在孔内发生多分子层吸附乃至发生凝聚。
[0008] 印染废水含有羰基、-S=O和-NH-等极性基团，为极性吸附质，而膨胀石墨为表面 非极性的非极性吸附剂，对极性吸附质的吸附能力较低，CTAB-KBr复合改性后的膨胀石墨 在膨胀石墨表面引入了含氮官能团。
[0009] 本发明的优点在于：经过CTAB-KBr复合改性剂溶液改性后的膨胀石墨提高了孔 容，增加了表面活性，表面负载了丰富的官能团，因此提高了对印染废水的吸附能力；以低 温电炉为膨胀设备，达到了节能的目的，可用于印染废水的净化处理。
【附图说明】
[0010] 图1 :改性前后的膨胀石墨孔结构的SEM照片。
[0011] 图2 :复合改性前后膨胀石墨的红外图谱。
[0012] 表1 :复合改性前后膨胀石墨对印染废水的吸附效果。
【具体实施方式】
[0013] 以下将参照附图，对复合改性膨胀石墨的制备和对于印染废水的吸附应用及其应 用效果进行详细的描述。应当说明的是，以下的实施案例仅用以说明本发明的技术方案的 效果而非限制使用范围，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 案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
[0014] 实施案例1 将一定量的以天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在CTAB-KBr 的乙醇溶液中，经水洗、烘干、膨化，制得改性膨胀石墨，其中CTAB和KBr的浓度分别为 0· 02mol/L、0. 05mol/L，可膨胀石墨与溶液的比例为1:0· 2,浸泡温度为30°C，浸泡时间为 5h，膨胀设备为马弗炉。将制得的改性膨胀石墨在30 °C条件下对酸性艳蓝、酸性大红、亚甲 基蓝和印染废水进行吸附处理，最大吸附量分别为21911^/^、19211^/^、18111^/^、20111^/^，达 到吸附平衡所需的时间为150min、160 min、180 min、150 min。
[0015] 实施案例2 将一定量的以天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在 CTAB-KBr的乙醇溶液中，经水洗、烘干、膨化，制得改性膨胀石墨，其中CTAB和KBr的浓度分 别为0· 08mol/L、0. 2mol/L，可膨胀石墨与溶液的比例为1:0. 2,浸泡温度为80°C浸泡时间 为8h，膨胀设备为低温电炉。将制得的改性膨胀石墨在30°C条件下对酸性艳蓝、酸性大红、 亚甲基蓝和印染废水进行吸附，最大吸附量分别为307mg/g、279mg/g、332mg/g、321mg/g，达 到吸附平衡所需的时间分别为180min、200 min、180 min、180 min。
[0016] 实施案例3 将一定量的以天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在 CTAB-KBr的水溶液中，经水洗、烘干、膨化，制得改性膨胀石墨，其中CTAB和KBr的浓度分别 为0· 08mol/L、0. lmol/L，可膨胀石墨与溶液的比例为1:0. 2,浸泡温度为60°C浸泡时间为 5h，膨胀设备为低温电炉。将制得的改性膨胀石墨在30°C条件下对酸性艳蓝、酸性大红、亚 甲基蓝和印染废水进行吸附，最大吸附量分别为I〇69mg/g、1195mg/g、996mg/g、1165mg/g， 达到吸附平衡的时间分别为25min、30 min、40 min、45 min。
[0017] 实施案例4 将一定量的以天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在CTAB-KBr 的水溶液中，经水洗、烘干、膨化，制得改性膨胀石墨，其中CTAB和KBr的浓度分别为 0. 04mol/L、0. lmol/L，可膨胀石墨与溶液的比例为1:0. 5,浸泡温度为40°C，浸泡时间为 5h，膨胀设备为马弗炉。将制得的改性膨胀石墨在30 °C条件下对酸性艳蓝、酸性大红、亚甲 基蓝和印染废水进行吸附，最大吸附量分别为687mg/g、598mg/g、671mg/g、675mg/g，达到吸 附彭亨的时间分别为60min、75 min、90 min、90 min。
[0018] 实施案例5 将一定量的以天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在CTAB-KBr 的水溶液中，经水洗、烘干、膨化，制得改性膨胀石墨，其中CTAB和KBr的浓度分别为 0· 12mol/L、0. lmol/L，可膨胀石墨与溶液的比例为1:0. 1，浸泡温度为80°C，浸泡时间为 8h，膨胀设备为低温电炉。将制得的改性膨胀石墨在30°C条件下对酸性艳蓝、酸性大红、亚 甲基蓝和印染废水进行吸附，最大吸附量分别为592mg/g、612mg/g、577 mg/g、609mg/g，达 到吸附平衡的时间分别为90min、90 min、100 min、95 min。一种复合改性膨胀石墨的制备 及其在印染废水处理中的应用。
[0019] 表 1
【主权项】
1. 复合改性膨胀石墨的制备方法，其特征在于称取一定量的以天然鳞片石墨为原料制 备的可膨胀石墨在一定温度下、浸泡在CTAB-KBr复合改性剂溶液中，经水洗、烘干、膨化， 得到复合改性膨胀石墨，其中CTAB、KBr浓度范围分别为0? 02mol/L~0. 12mol/L、0. 05mol/ L~0. 2mol/L，所用溶剂为乙醇、水等，可膨胀石墨和溶液的比例为1:0. 1~1:0. 5,浸泡温度为 30°C~80°C，浸泡时间为5~8h，膨化设备为低温电炉和马弗炉。2. 根据权利要求1所述制备方法制备得到的复合改性膨胀石墨在印染废水处理方面 的用途，其特征在于用制备的复合改性膨胀石墨对印染进行静态吸附。
【专利摘要】本发明涉及改性膨胀石墨的制备及其应用领域，特指CTAB-KBr复合改性、低温电炉膨化制备膨胀石墨的方法，其特征在于将一定量的天然鳞片石墨为原料制备的可膨胀石墨在一定温度下，浸泡在不同浓度的CTAB-KBr混合溶液中，经水洗、烘干后利用低温电炉进行膨化制得改性膨胀石墨。由于采用常见低温电炉代替马弗炉为膨化设备，膨胀温度低，因此本方法显著节能；而且复合改性后的膨胀石墨增加了表面活性位点，表面负载了丰富的官能团，可以对多种染料进行有效吸附，用于印染废水的净化。
【IPC分类】C02F1/28, B01J20/30, B01J20/20
【公开号】CN104888707
【申请号】CN201510318607
【发明人】林爱军, 王会丽, 焦春磊, 范鹏浩, 孙杨雨, 徐从斌
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日