[发明专利]一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。本发明将金属离子混合液和碳纳米管混合后，与碱溶液混合，将得到的金属氢氧化物负载碳纳米管前驱体，依次进行洗涤和干燥，得到碳纳米管复合材料。本发明的制备方法简单易行，复合材料的孔隙大小可调，结构均匀，负载量高，具有理想的机械强度，金属化合物与碳纳米管载体之间的相互作用力强，应用时能够同时发挥金属化合物与碳纳米管载体的优势，提高催化效率，同时金属化合物牢固结合于载体上，减少了金属离子的浸出流失。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着城市规模的不断扩大及现代工业的蓬勃发展，环境污染问题已受到越来越广泛的关注，而有机废水是环境污染的一项重要源头。有机废水中有机物浓度高且生物毒性强、结构复杂且难被生物降解，由此导致的水体污染不但会使水生生物死亡从而恶化水质，而且会影响人们的生活环境甚至危害人类健康。

近年来，人们开始研究利用过渡金属处理有机废水，铁是其中研究最广泛的金属，铁不仅是一种有效的活化剂，而且还相对无毒、对环境友好，比其他过渡金属更具经济效益。然而由于Fe²⁺自身的特性，在使用时仍有着一定的局限性，如体系中过量Fe²⁺存在时会存在SO₄^-·、·OH猝灭效应与高亚铁离子残留的问题，而且仅仅在酸性条件下Fenton体系才可发挥出最佳效率。研究表明，双金属催化剂在广泛的非均相催化反应中表现出比单金属催化剂更好的催化性能，铜作为一种催化性质类似于Fenton试剂的过渡金属，引起了人们的极大关注，铜基催化剂在宽pH范围内对过氧化氢具有较高的反应活性，能够补充铁基催化剂使用pH范围小的缺点。

然而，无载体金属催化剂机械强度低，易发生团聚现象，可回收性能差。研究人员尝试使用不同的改性修饰方法来改善金属催化剂的稳定性和分散性，包括采用双组分系统，引入载体，加入表面活性剂等。其中，引入载体制备复合催化剂被证明可以有效提高催化剂的性能，合适的载体能够使金属催化剂获得更好的催化效果，可以是黏土、分子筛和树脂等化合物，但目前所制得的催化剂均存在对有机废水催化降解效果欠佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。本发明的碳纳米管复合材料对有机废水的催化降解效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将金属离子混合液和碳纳米管混合，得到金属-碳纳米管前驱体溶液，所述金属离子混合液中含有铁离子和铜离子；

将所述金属-碳纳米管前驱体溶液和碱溶液混合，得到金属氢氧化物负载碳纳米管前驱体；

将所述金属氢氧化物负载碳纳米管前驱体依次进行洗涤和干燥，得到所述碳纳米管复合材料。

优选的，所述铁离子由无水硫酸亚铁、七水硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁和氯化铁中的一种或多种提供。

优选的，所述铜离子由氯化铜、硝酸铜、无水硫酸铜和五水硫酸铜中的一种或多种提供。

优选的，所述铁离子和铜离子的物质的量比为1～5:1～5。

优选的，所述金属离子混合液中铁离子和铜离子的浓度独立地为1×10^-3～2×10^-2mol/L，所述铁离子包括Fe²⁺和Fe³⁺。

优选的，所述碳纳米管和金属离子混合液的用量比为0.1～0.8g:100mL。

优选的，所述碱溶液包括NaOH溶液、KOH溶液和Ca(OH)₂溶液中的一种或多种。