一種同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑及其制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種吸附劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的提高，人們越來越關注飲用水安全問題，對水質的要求也越來越嚴格。人們能夠直接接觸到的是龍頭水，因此龍頭水的水質直接影響了人們對水處理系統的評價。自來水在管網中常需較長時間的停留，部分地區此時間可長達2天，停留時間越長，飲用水受到管網二次污染的可能性越大一一管網中微生物的生長繁殖會直接影響龍頭水水質，給人們的健康埋下隱患，因此飲用水生物穩定性問題亟待解決。
[0003]控制管網二次污染的方法有多種:沖洗管網，加大消毒劑劑量、控制細菌營養源等。其中控制細菌生長的營養源相對其他方法更為經濟、有效、安全。目前，可同化有機碳(AOC)已被用作評價飲用水生物穩定性的指標，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，而現有的水處理工藝對痕量磷的處理效果并不能達到生物穩定水平，且有機物等污染物的存在可能會影響除磷效果。若能同時去除水中的碳源和磷源，管網中微生物的生長繁殖將會得到更加有效的控制，而在有機物去除方面，碳材料具有突出的優勢，因此能夠應對復合污染問題的除磷碳材料的開發勢在必行。
【發明內容】
[0004]本發明是要解決現有的吸附劑對水中痕量磷去除率低、有機物和磷不能同時去除的問題，提供一種同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑及其制備方法。
[0005]本發明同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑為鑭-聚丙烯腈基碳納米纖維材料，是將納米級鑭化合物均勻負載到碳納米纖維內部和表面得到的。
[0006]上述同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑的制備方法，按以下步驟進行:
[0007]一、將La(NO3)3.6H20溶于DMF(二甲基甲酰胺)中，然后按一定質量比加入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溶液進行高壓靜電紡絲得到紡絲膜，將得到的紡絲膜經堿液處理后，使用去離子水反復沖洗至PH中性，烘干；
[0008]二、將烘干的紡絲膜置于管式爐中，在空氣中對其預氧化，然后在氮氣保護下進行碳化，將碳化后的材料浸于堿液中，浸泡一段時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質量比為(I?10):1。
[0010]步驟一所述PAN的DMF溶液中PAN與DMF的質量比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間為1?16h。
[0014]步驟二中紡絲膜的預氧化程序為:升溫速率I?3°C/min，預氧化溫度為250?3000C，在預氧化溫度下的維持時間為0.5?2h。
[0015]步驟二中所述碳化的程序為: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間為2?17h。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]本發明制備得到的吸附劑為鑭-聚丙烯腈基碳納米纖維復合材料，鑭化合物粒子均勻分布于碳納米纖維內部和表面，鑭的存在形式為LaC030H。
[0020]本發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，形成的均勻溶液進行紡絲使得鑭化合物均勻分布在PAN納米纖維中。即使經過高溫碳化過程，鑭化合物粒子也沒有發生嚴重的團聚現象，能夠均勻的分布于碳納米纖維中，不僅增加了磷的吸附點位，還有效地控制了鑭的泄漏。當磷的含量為I OOyg/!時，50mg/L鑭-PAN基碳納米纖維材料對磷的去除率可達到100%。
[0021]本發明除了對磷有較好的吸附去除效果外，對有機物也有明顯的去除。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物的吸附能力。當腐殖酸(HA)含量在3mgT0C/L時，0.lg/L鑭-PAN基碳納米纖維材料可去除90%的HA。當5mg TOC/L HA與100yg/L磷同時存在時，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95%以上。因此本發明能夠同時有效地控制水中磷和有機物的含量。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例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為實施例1中痕量磷去除效果圖；
[0025]圖4為實施例1中TOC去除效果圖；
[0026]圖5為實施例1中痕量憐和TOC去除效果圖，其中一▲ 一表不TOC，一 ■ 一表不憐。
【具體實施方式】
[0027]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0028]【具體實施方式】一:本實施方式同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑為鑭-聚丙稀腈基碳納米纖維材料，是將納米級鑭化合物均勾負載到碳納米纖維內部和表面得到的。
[0029]本發明制備得到的復合碳材料對痕量磷的吸附去除效果明顯，即使在有機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100%，且能夠同時去除水中有機物。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式同時強化去除痕量磷和有機物的吸附劑的制備方法，按以下步驟進行:
[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溶液進行高壓靜電紡絲得到紡絲膜，將得到的紡絲膜經堿液處理后，使用去離子水反復沖洗至pH中性，烘干；
[0032]二、將烘干的紡絲膜置于管式爐中，在空氣中對其預氧化，然后在氮氣保護下進行碳化，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]本實施方式同時強化去除痕量磷和有機物的新型吸附劑的制備原料為PAN和La(NO3)3.6H20，經過紡絲得到的纖維膜必須經過堿處理，使鑭以La(0H)3或LaCO3OH等穩定形式存在于PAN納米纖維中。否則，在預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，嚴重影響除磷效果。
[0034]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】二不同的是:步驟一中PAN與La(NO3)3.6H20質量比為(I?10):1。其它與【具體實施方式】二相同。
[0035]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】二或三不同的是:步驟一所述PAN的DMF溶液中PAN與DMF的質量比1:(7.3?19)。其它與【具體實施方式】二或三相同。
[0036]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】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【具體實施方式】二至四之一相同。
[0037]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】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【具體實施方式】二至五之一相同。
[0038]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】二至六之一不同的是:步驟一中紡絲膜在堿液中浸泡時間為10?16h。其它與【具體實施方式】二至六之一相同。
[0039]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】二至七之一不同的是:步驟二中紡絲膜的預氧化程序為:升溫速