[发明专利]一种氨基修饰介孔碳CMK‑3材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种水体中磷的吸附去除方法及其应用，具体涉及一种利用氨基修饰的介孔碳材料吸附去除水体中磷的方法。

背景技术

磷是植物生长的必需营养元素之一。在大多数农业土壤中，作物有效磷的含量较低，为获得更高的作物产量，农民不惜购买大量磷肥施用投入农田。近二十年来，随着我国磷化工行业的迅速发展，磷肥的用量也越来越大。过量的磷肥会随雨水等进入地表和地下水中，造成水体污染。同时，磷矿开采、含磷农药、含磷洗涤剂的生产使用过程中也会伴随产生大量的含磷废水，造成严重的面源污染。因此，水体中磷的去除及回收利用一直是污水处理的热点。

去除水体中磷污染的方法主要有化学沉淀法、生物法、离子交换法、吸附法、膜分离法等。其中，化学沉淀法、吸附法和离子交换法具有简便易行、处理效果好等优点，是目前处理含磷废水时较为普遍的方法。在使用化学沉淀法去除水体中的磷时，长期投加化学沉淀剂会造成水体pH值上升，威胁水生生物生存且易导致二次污染。离子交换法是利用强碱性阴离子交换树脂，与水体中的磷酸根阴离子进行交换反应，将磷酸根阴离子置换到交换剂上从而去除，但离子交换树脂的价格较高，树脂再生时需用酸、碱或食盐，运行费用较高。吸附法具有占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染等优点，能够弥补以上方法的不足，并且特别适用于处理低浓度含磷水体。在吸附法的研究中，寻找具有更大吸附容量和更好性价比的吸附剂是开发新的除磷工艺的关键所在。

目前，去除水体中磷的常用吸附剂有活性氧化铝、粘土矿物(如凹凸棒石、膨润土等)、粉煤灰、钢渣、沸石和部分金属氧化物(如氧化锆)等。在过去的二十年里，一种介孔结构碳材料(CMK-3)引起了很多人的关注。这种CMK-3碳材料是以SBA-15为模板、以蔗糖为碳源合成的，具有规整的孔道结构，比表面可达1100m²/g，并已被广泛应用于催化、吸附、化学传感等方向。CMK-3具有较强的疏水性，并且表面带有大量的官能团，等电点在pH＝2.0左右，在中性pH条件下，CMK-3表面带有大量负电荷，与水体中的磷存在静电排斥作用，因此CMK-3不能够直接用来吸附去除水体中的磷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氨基修饰的CMK-3材料吸附去除水体中磷的方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：氨基修饰的CMK-3材料，所述CMK-3材料经氨基修饰。

上述材料中，氮含量为氨基修饰的CMK-3材料质量的2.24％。

上述材料的制备方法，将CMK-3材料超声分散在甲苯溶液中，边搅拌边加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，然后在氮气保护下在110±10℃下搅拌12小时以上，反应产物用乙醇和丙酮洗涤，烘干，得到氨基修饰的CMK-3材料(NH₂-CMK-3)。

上述步骤中，CMK-3材料采用以SBA-15为硬模版，以蔗糖为碳源合成。

上述步骤中，CMK-3材料在甲苯溶液中的浓度为40g/L。

上述步骤中，CMK-3材料与3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量比例为1：40。

本发明所述的氨基修饰的CMK-3材料在吸附去除水体中磷元素的应用。

所述应用中，水体中的调节pH＝3～10，优选pH＝3～7。

所述应用中，水体中磷的浓度为12～100mg P/L。

所述应用中，氨基修饰的CMK-3材料的投料比为1：1000～2000。

所述应用中，吸附温度25～45℃；吸附时间48～72h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明方法采用氨基修饰的CMK-3材料处理水体中的磷具有显著的效果，通过将氨基修饰在CMK-3表面，显著提高了CMK-3吸附剂的吸附效率。

2、本发明将氨基修饰在CMK-3表面，能够显著提高CMK-3吸附剂的吸附容量。

3、本发明操作简单，材料价格便宜，去除效果显著，吸附剂可再生、循环利用，无二次污染，具有良好的经济和环境效益。

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1实施例1制备的NH₂-CMK-3的透射电镜图。

图2 NH₂-CMK-3的磷饱和吸附量与pH的关系曲线。

具体实施方式