[发明专利]谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括碳纳米管，碳纳米管表面修饰有谷氨酸，其中复合材料中羧基的质量含量为2％～3％。其制备方法包括：对碳纳米管进行氧化处理；制备活性碳纳米管中间体；将活性碳纳米管中间体和谷氨酸溶液混合进行反应制得谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料。本发明复合材料具有结构稳定、吸附能力强、生物兼容性好、实际应用价值高等优点，其制备方法具有工艺简单、容易操作、反应条件温和易控、成本低廉、耗能少、耗时短等优点。本发明复合材料能够用于吸附水体中染料和重金属，且吸附去除效果显著，在治理受污染水体方面具有较高的应用价值，有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于环境纳米新功能材料技术领域，涉及一种谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工农业的发展以及城市建设规模的扩大，大量的生活污水、工业废水、工业废渣、建筑垃圾、化肥农药等被排入湖泊、河流湿地系统，造成湿地环境的严重污染问题。因此，急需采取适宜的处置措施对受到污染的湿地水体和底泥进行有效地治理，而研发对污染物具有高效吸附能力且低生态毒性风险的新型功能纳米材料，这对湿地污染治理具有重要的价值和意义。

碳纳米管材料作为典型的一维功能纳米材料在环境保护和污染治理方面有着巨大的应用前景。碳纳米管独特的中空管体结构和巨大的比表面积使其对许多污染物具有良好的吸附性能，尤其是一些疏水性有机污染物(如：多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药等)，而碳纳米管材料的潜在环境风险和生态毒性是目前限制碳纳米管在环境污染治理方面应用的主要瓶颈之一。另外，碳纳米管对于重金属的吸附能力不强，也限制了碳纳米管在环境污染治理方面的广泛使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构稳定、吸附能力强、生物兼容性好、实际应用价值高的谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料，所述谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料包括碳纳米管，所述碳纳米管表面修饰有谷氨酸；所述谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料中羧基的质量含量为2％～3％。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、对碳纳米管进行氧化处理；

S2、采用1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶液对步骤S1中经氧化处理的碳纳米管进行活化，加入N-羟基丁二酰亚胺溶液进行反应，得到活性碳纳米管中间体；

S3、将步骤S2中的活性碳纳米管中间体和谷氨酸溶液混合进行反应，得到谷氨酸修饰的碳纳米管复合材料。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述活化为将步骤S1中经氧化处理的碳纳米管与1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶液混合，搅拌均匀；所述反应为在60℃～80℃下以转速为120rpm～200rpm搅拌1h～2h。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述经氧化处理的碳纳米管、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶液和N-羟基丁二酰亚胺溶液的质量体积比为0.5g～1g∶10mL∶10mL；所述1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶液的浓度为0.05M～0.10M；所述N-羟基丁二酰亚胺溶液的浓度为0.05M～0.10M。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述活性碳纳米管中间体和谷氨酸溶液的体积比为1.2∶1；所述谷氨酸溶液的浓度为5g/L～10g/L。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述反应为在60℃～80℃下以转速为120rpm～200rpm搅拌4h～6h。