[发明专利]一种碳包覆氧化镁的三明治结构纳米吸附剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳包覆氧化镁的三明治结构纳米吸附剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)将六水氯化镁、一水葡萄糖和原料C加入到乙醇水溶液中，搅拌均匀；其中，原料C为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种；(2)向步骤(1)所得物加入氨水溶液，搅拌形成镁盐浆料；(3)将步骤(2)所得物于100～250℃下反应10～36h，冷后后去除上清液，对所得沉淀进行离心洗涤后，在通氮气条件下，于250～600℃焙烧2.0～6.0h，即得碳包覆氧化镁的三明治结构纳米吸附剂；本发明所得吸附剂的吸附能力强、效率高，突破了无机纳米材料在水处理技术领域的工业化应用。

技术领域

本发明属于水处理吸附剂技术领域，具体涉及一种碳包覆氧化镁的三明治结构纳米吸附剂及其制备方法。

背景技术

水中污染物包括无机污染物和有机污染物。无机污染物主要包括铅、铬、隔、汞和铜等重金属离子，这些重金属元素在环境中具有难降解、易积累、不可逆、毒性大、代谢慢和易被生物富集的特点。长期饮用被重金属污染的水会引发急、慢性中毒或导致机体癌变。有机污染物主要包括耗氧无毒有机物(如蛋白质、脂肪和碳水化合物等)和有毒有机物(如酚类化合物、有机农药和多环芳烃、染料和食品添加剂等)，这些有机污染物是致畸、致突变和致癌物质。

《2016年全国饮用水水源水质大起底》报告显示，2016年31个省级环保部门公开的1333处(地表水水源地995个，地下水水源地338个)饮用水水源地的水质状况中有24个省份共98处水质超标，地下水水源超标比例明显高于地表水水源，且污染的持续时间较后者更长。如果防治和处理速度赶不上污染的速度，饮用水污染就难以被遏制。

目前，通常采用化学法、物理化学法和生物技术等手段处理水体污染物。对重金属离子的去除主要是化学沉淀法，原理是通过化学反应使废水中呈离子状态的重金属转化为不溶于水的沉淀物，然后通过过滤将沉淀物从废液中分离出去，包括氨氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钙盐沉淀法和铁氧体共沉淀法等。该方法的缺点是处理后的废液往往达不到排放标准，并且产生的沉淀物若处理不当，则容易造成二次污染。对有机污染物的去除通常是化学降解法，主要是利用光催化氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法电化学氧化法、臭氧氧化法和声化学降解等，使有机污染物氧化分解并转化为无毒性的可生化降解物质，该方法是治理持久性有机污染物的有效方法。物理化学法主要包括吸附法、离子交换法和膜分离法。吸附是固－液界面存在的一种普遍现象，利用疏松多孔和比表面积大的吸附剂吸附污水中的重金属离子和有机污染物，以达到净化水的目的。离子交换法是借助于交换剂中的交换基团同废水中的离子进行交换，从而去除废水中的有害离子。膜分离法是在某种推动力作用下，利用半透膜的选择透过性进行分离和浓缩，常见的膜分离法包括电渗析法、扩散渗析法、反渗透法和超滤法等。由于其程序复杂，对生产技术要求较高，在推广应用中受到限制。生物技术包括植物修复技术和微生物修复技术。植物修复技术，是利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系，超量积累某种或某些污染物，清除环境中的污染物。植物修复的方式包括植物提取、植物降解、植物稳定和植物挥发等。微生物修复技术，是利用天然存在的或人工培养的功能微生物群，在适宜环境条件下吸收或降解有毒污染物。该技术在治理重金属污染和有机污染物方面展示出其髙效率、低成本和无二次污染等方面的优势，成为环境生物修复技术领域中研究的热点之一。

在以上处理方法中，吸附法因其处理效果高、操作简便和选择性好等优点，特别是在污染性强、低浓度、其它处理方法难以有效处理的重金属污染和有机污染废水领域具有特殊的应用价值。常用的吸附剂有活性炭、沸石、粘土、生物聚合物、分子筛和一些工业废弃物等，但是这些吸附剂在价格或吸附能力等方面还存在一定的问题，所以开发廉价、高效的吸附剂是目前吸附研究的一个重要方面。

活性炭作为最早期的一种无机吸附剂广受国内外学者的研究，具有高效率的吸附行为，但因其吸附量极易饱和而在应用方面受到很大的限制。