一種納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，涉及一種納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料，還 涉及該納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料的制備方法，還涉及上述納米管-納米銀-聚氯化 鋁復(fù)合材料在難降解有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用;還涉及一種利用納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù) 合材料處理難降解有機(jī)廢水的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 高濃度有機(jī)廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的⑶D在2000mg/L以上 的廢水。這些廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物，如果直接排 放，會造成嚴(yán)重污染。
[0003] 水污染是當(dāng)前我國面臨的主要環(huán)境問題之一。預(yù)測工業(yè)廢水占總污水量的70%以 上。而工業(yè)廢水又以高濃度有機(jī)廢水為主。高濃度有機(jī)廢水對環(huán)境水體的污染程度大，而且 處理難度較高，是國內(nèi)外環(huán)保研究領(lǐng)域中的難題之一，它的凈化處理越來越受到人們的關(guān) 注。
[0004] 目前，工業(yè)廢水和城市生活廢水是我國水環(huán)境污染的污染源之一，尤其是隨著生 產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，含有高濃度有機(jī)廢水的污染源日益增多。但由 于高濃度有機(jī)廢水的性質(zhì)和來源不一樣，其治理技術(shù)也不一樣。通常根據(jù)高濃度有機(jī)廢水 的性質(zhì)和來源可以分為三大類：
[0005] (1)第一類為不含有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如食品工業(yè)廢水；
[0006] (2)第二類為含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如部分化學(xué)工業(yè) 和制藥業(yè)廢水；
[0007] (3)第三類為含有有害物質(zhì)且不易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如有機(jī)化學(xué)合 成工業(yè)和農(nóng)藥廢水。
[0008] 由于高濃度有機(jī)廢水采用一般的廢水治理方法難以滿足凈化處理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù) 要求，因此對其進(jìn)行凈化處理、回收和綜合利用研究已逐漸成為國際上環(huán)境保護(hù)技術(shù)的熱 點研究課題之一。
[0009] 針對上述三大類高濃度有機(jī)廢水的典型治理技術(shù)進(jìn)行評述有助于高濃度有機(jī)廢 水治理技術(shù)的選擇。廢水處理過程的各個組成部分可以分類為生物處理法、化學(xué)處理法、物 理化學(xué)處理法、物理處理法等四種。對于高濃度有機(jī)廢水的治理方法，往往是上述兩種或三 種方法進(jìn)行綜合處理，如廢水中含有芳烴、芳香族和鹵代芳香族化合物、脂肪族和氯化脂肪 族化合物、有機(jī)氰化物等，若含量很高，則可先通過濕式氧化法等進(jìn)行處理，可大大降低有 害化合物的濃度，并可提高殘余有機(jī)物的可生化性，如有必要，還可以采用化學(xué)法如焚燒做 最終處理，可使有害物質(zhì)的去除率達(dá)到環(huán)保要求。
[0010]隨著工業(yè)的發(fā)展和人們對環(huán)境要求的不斷提高，生物處理技術(shù)的不足就逐漸顯現(xiàn) 出來，如難降解有機(jī)物的去除、水體的富營養(yǎng)化、高濃度高C0D工業(yè)廢水、微污染水源的治理 都是生物處理技術(shù)已面臨的難題。目前，對于此類難降解有機(jī)廢水的處理常采用物化法、化 學(xué)法、生化法等，但由于水質(zhì)的特殊性，常規(guī)處理技術(shù)很難達(dá)到滿意的效果。因此，難降解有 機(jī)廢水的處理研究一直是國內(nèi)外水處理工作中的一個難點和研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料，還 涉及該納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料的制備方法;還涉及一種上述納米管-納米銀-聚 氯化鋁復(fù)合材料在水處理中的應(yīng)用;還涉及一種水處理設(shè)備。
[0012 ]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種碳納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料，包括：
[0013] 碳納米管，所述碳納米管被表面功能化；
[0014] 納米銀，所述納米銀后納米金吸附于碳納米管內(nèi)外管壁上；
[0015] 聚氯化鋁，所述聚氯化鋁包覆于碳納米管外管壁上。
[0016] 作為優(yōu)選，所述碳納米管、納米銀和聚氯化鋁的質(zhì)量比為（10-20):1: (15-25)。
[0017] 作為另一種優(yōu)選，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0018] 本發(fā)明還提供了上述碳納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料的制備方法，包括以下 步驟：
[0019] (1)將碳納米管加入包括堿和表面活性劑的混合溶液中，210-220°c反應(yīng)6h，純化， 得表面功能化的碳納米管；
[0020] (2)在磁力攪拌條件下，首先將聚乙烯吡咯烷酮加入到體積比為1:(2-4)的水和乙 二醇的混合溶劑中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，然后加入硼氫化鈉，再加入納 米銀;在室溫條件下，將步驟(1)制得的碳納米管完全浸漬于溶液中反應(yīng)6-10h，去離子水清 洗，真空干燥處理，即得吸附納米銀的碳納米管；
[0021] (3)在磁力攪拌條件下，首先將聚乙烯吡咯烷酮加入到體積比為1:(2-4)的水和乙 二醇的混合溶劑中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，然后加入硼氫化鈉，再加入聚 氯化鋁;40-60°C下，將步驟(2)制得的吸附納米銀的碳納米管完全浸漬于溶液中反應(yīng)20- 30h，去離子水清洗，真空干燥處理，即得碳納米管-納米銀-聚氯化鋁。
[0022] 步驟（1)中，所述混合溶液中，堿的重量百分比濃度為2-3%，表面活性劑的重量百 分比濃度是1-2% ;碳納米管與混合溶液的質(zhì)量比為1: (100-150);所述表面活性劑為質(zhì)量 比1: (3-5)的十二烷基硫酸鈉和失水山梨醇酯的混合物。
[0023] 步驟(2)中，溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的摩爾濃度為0.003-0.005mol/L，硼氫化鈉 的摩爾濃度為0.01-0.02mol/L。
[0024] 步驟(3)中，溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的摩爾濃度為0.003-0.005mol/L，硼氫化鈉 的摩爾濃度為0.01-0.02mol/L。
[0025] 其中，原料中，碳納米管、納米銀和聚氯化鋁的質(zhì)量比為（10-20): 1: (15-25)。
[0026] 本發(fā)明還提供了上述碳納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料在難降解有機(jī)廢水處 理中的應(yīng)用。
[0027] 本發(fā)明還提供了一種利用納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料處理難降解有機(jī)廢 水的設(shè)備，包括依次連接預(yù)處理裝置(1)、一級粗濾裝置(2)、生物處理池(3)、二級粗濾裝置 (4)、混凝池(5)、沉淀池(6)和精濾池(7);所述生物處理池(3)包括依次連接的陰極室(8)和 陽極室(9)，所述陰極室(8)和陽極室(9)之間由質(zhì)子交換膜隔開，所述陰極室(8)內(nèi)設(shè)有陰 極電極(10)，所述陽極室(9)內(nèi)設(shè)有陽極電極（11)，所述陰極室(8)底部設(shè)有曝氣裝置;所述 沉淀池(6)底部設(shè)有多功能陰極（13)和多功能陽極(14);所述沉淀池(6)中部設(shè)有一組紫外 燈管（15)。
[0028] 作為改進(jìn)，所述一級粗濾裝置(2)內(nèi)填充質(zhì)量比1:2的鵝卵石和石榴石的混合物。
[0029] 作為另一種改進(jìn)，所述二級粗濾裝置(4)內(nèi)填充質(zhì)量比5:1的麥飯石和石英砂。
[0030] 作為另一種改進(jìn)，所述混凝池（5)內(nèi)加入以下重量份的混凝劑：20份天然沸石、20 份凹凸棒石、10份碳納米管-納米銀-聚氯化錯復(fù)合材料、10份高嶺土、5份粒徑10-1000nm的 納米級羥基磷灰石。
[0031] 作為另一種改進(jìn)，所述精濾池(7)內(nèi)設(shè)有一組超濾裝置。
[0032] 作為另一種改進(jìn)，所述陰極電極（10)采用碳?xì)蛛姌O;所述陽極電極（11)由碳纖維 纏繞在石墨棒上制成，陽極室(9)內(nèi)壁上設(shè)置支撐槽，石墨棒通過支撐槽固定;所述的多功 能陰極（13)為表面載有金屬的活性炭纖維，所述的多功能陽極（14)為表面載有二氧化鈦的 納米管。
[0033] 作為另一種改進(jìn)，所述混凝池(5)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置(12)。
[0034] 有益效果:本發(fā)明提供的納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料磁分離特性好，對有 機(jī)污染物去除效果好，其制備方法簡單，制備過程易控，制備的納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù) 合材料質(zhì)量穩(wěn)定。
[0035] 本發(fā)明提供的處理難降解有機(jī)廢水的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，出水效率高，質(zhì)量 好。
[0036] 預(yù)處理裝置對難降解有機(jī)廢水初步降解，使難降解有機(jī)廢水初步降解，提高生物 利用效率。
[0037]經(jīng)初步降解的有機(jī)廢水進(jìn)入生物處理池中，在生物處理池中的陽極室中加入常規(guī) 厭氧微生物，陰極室中加入常規(guī)好養(yǎng)微生物，構(gòu)建成微生物燃料電池，陽極室為厭氧環(huán)境， 可以在陽極室設(shè)有攪拌器攪拌或采用上升流，以保證溶液的均勻混合和高效產(chǎn)電；陰極室 為好氧環(huán)境，在陰極室底部設(shè)有曝氣裝置，提供好氧生物降解所需的氧氣和陰極表面氧還 原所需的氧氣。首先利用厭氧生物處理技術(shù)將難降解有機(jī)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解，再利 用好氧生物處理技術(shù)將難降解有機(jī)廢水中的有機(jī)物進(jìn)一步降解;同時，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電 子轉(zhuǎn)移到陽極上，由外電路傳遞到陰極，同時質(zhì)子也到達(dá)陰極，在陰極表面，氧氣、質(zhì)子和電 子結(jié)合生成水，這樣在有機(jī)物降解的同時產(chǎn)生了電能。
[0038]經(jīng)生物處理的有機(jī)廢水在二級粗濾裝置表面形成一層生物膜，對經(jīng)過的出水過 濾，并再經(jīng)二級粗濾裝置過濾。
[0039] 經(jīng)粗濾的有機(jī)廢水進(jìn)入混凝池中，采用納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料記憶其 他材料的組合高效吸附水中不同分子量的有機(jī)物以及其他雜質(zhì)。
[0040] 在沉淀池中，吸附了各種雜質(zhì)的納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料被沉淀下來， 利用多功能陰極和多功能陽極吸附帶電荷的吸附了各種雜質(zhì)的納米管-納米銀-聚氯化鋁 復(fù)合材料，從而使出水質(zhì)量非常優(yōu)異；同時，在沉淀池中還設(shè)有紫外燈，從而進(jìn)一步提高了 出水水質(zhì)。
[0041] 經(jīng)精濾后，得到出水。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明利用納米管-納米銀-聚氯化鋁復(fù)合材料處理難降解有機(jī)廢水的設(shè)備 的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0043]根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限 制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的