一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体地，涉及一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料。

背景技术

随着全球人口的不断增加、社会的不断发展、城市化进程的不断加速，城市污水量、工厂废水污泥量的增长速度惊人。工业废水中的有机污染物常含有剧毒，使得水体环境严重污染。而城市废水中常常滞留着大量油脂，使得水体细菌滋生，泛出恶臭，投入治理成本甚大，且往往不能长久维持。工业废水中常见的有机污染物含有苯酚及其类似物，毒性大且不易被环境中的微生物降解，目前治理废水常见的处理方法是物理吸附法、化学氧化法和生物降解法，但存在催化效率不高、二次污染问题。目前国内外城市污水处理厂处理工艺有物理方法和生化方法，物理法效果较差，生化法存在价格高昂、适用环境、需专门的反应器和设备等高要求，增加了大额基建费用，使得处理河涌、生活污水并不现实。

层状双氢氧化物具有优越的吸附性能，但是，层状双氢氧化物在单独用作吸附材料的过程中，存在吸附性能不稳定现象，往往需要复合其他材料进行互补，达到综合性能最佳的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，通过[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物改性层状双氢氧化物，再用活性炭负载改性后的层状双氢氧化物，增加了材料的机械强度和吸附稳定性。

本发明要解决的技术问题：层状双氢氧化物在单独用作吸附材料的过程中，存在吸附性能不稳定现象。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，包括以下步骤制得：

S1、将Ni(NO

S2、将层状双氢氧化物研磨成细粉，在惰性气氛下加入浓度为0.003mol/L的[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液，在70℃搅拌24h，最后，过滤得到沉淀物，将沉淀物在惰性气氛下过滤，用乙醇洗涤，并在室温下真空干燥，得到改性层状双氢氧化物；

S3、将改性层状双氢氧化物超声分散在乙醇中，加入生物炭，搅拌30min，使用真空过滤器过滤，固体通过在热风干燥器中在80℃下干燥24h，得到废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料。

进一步地，步骤S1中，Ni(NO

进一步地，步骤S2中，层状双氢氧化物和[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液的用量比为200-300mg：40-60mL。

进一步地，步骤S3中，改性层状双氢氧化物、乙醇和生物炭的用量比为0.5-1g：200-400mL：0.2-0.4g。

进一步地，[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液包括以下步骤制得:

A1、向5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉中加入浓度为2M的NaOH溶液，再加入乙酸钴水溶液，并将反应混合物在60℃加热1h，最后，通过从乙醇-水中重结晶来纯化，得到[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物；

A2、将[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物加水配置成浓度为0.003mol/L的溶液。

进一步地，步骤A1中，5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉、NaOH溶液和乙酸钴水溶液的用量比为0.2-0.3g：20-30mL：0.6-1g。

进一步地，生物炭包括以下步骤制得：

将竹子去除树皮、顶部和叶子后，切成均匀的小立方体，然后完全晒干，在马弗炉N

本发明的有益效果：

(1)本发明技术方案中，通过在NiFe层状双氢氧化物的层间空间中嵌入[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物，合成了混合磁性多层LDH，通过阴离子交换反应。癸二酸盐(-OOC-(CH

(2)本发明技术方案中，通过将层状双氢氧化物嵌入至生物炭上，可以减少吸附过程中层状双氢氧化物的粉碎，并为复合材料提供足够的机械强度和吸附稳定性，插入层间的5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉上的苯环通过π-π相互作用能够实现与生物炭之间的吸附，从而实现层状双氢氧化物能够更好的附着在生物炭上。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，包括以下步骤制得：

S1、将3g的Ni(NO

S2、将200mg层状双氢氧化物研磨成细粉，在惰性气氛下加入40mL浓度为0.003mol/L的[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液，在70℃搅拌24h，最后，过滤得到沉淀物，将沉淀物在惰性气氛下过滤，用乙醇洗涤，并在室温下真空干燥，得到改性层状双氢氧化物；

S3、将0.5g改性层状双氢氧化物超声分散在200mL乙醇中，加入0.2g生物炭，搅拌30min，使用真空过滤器过滤，固体通过在热风干燥器中在80℃下干燥24h，得到废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料；

其中，[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液包括以下步骤制得:

A1、向0.2g的5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉中加入20mL浓度为2M的NaOH溶液，再加入0.6g乙酸钴水溶液，并将反应混合物在60℃加热1h，最后，通过从乙醇-水中重结晶来纯化，得到[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物；

A2、将[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物加水配置成浓度为0.003mol/L的溶液；

生物炭包括以下步骤制得：

将竹子去除树皮、顶部和叶子后，切成均匀的小立方体，然后完全晒干，在马弗炉N

实施例2

一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，包括以下步骤制得：

S1、将3.5g的Ni(NO

S2、将250mg层状双氢氧化物研磨成细粉，在惰性气氛下加入50mL浓度为0.003mol/L的[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液，在70℃搅拌24h，最后，过滤得到沉淀物，将沉淀物在惰性气氛下过滤，用乙醇洗涤，并在室温下真空干燥，得到改性层状双氢氧化物；

S3、将0.8g改性层状双氢氧化物超声分散在300mL乙醇中，加入0.3g生物炭，搅拌30min，使用真空过滤器过滤，固体通过在热风干燥器中在80℃下干燥24h，得到废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料；

其中，[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液包括以下步骤制得:

A1、向0.25g的5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉中加入25mL浓度为2M的NaOH溶液，再加入0.8g乙酸钴水溶液，并将反应混合物在60℃加热1h，最后，通过从乙醇-水中重结晶来纯化，得到[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物；

A2、将[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物加水配置成浓度为0.003mol/L的溶液；

生物炭包括以下步骤制得：

将竹子去除树皮、顶部和叶子后，切成均匀的小立方体，然后完全晒干，在马弗炉N

实施例3

一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，包括以下步骤制得：

S1、将4g的Ni(NO

S2、将300mg层状双氢氧化物研磨成细粉，在惰性气氛下加入60mL浓度为0.003mol/L的[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液，在70℃搅拌24h，最后，过滤得到沉淀物，将沉淀物在惰性气氛下过滤，用乙醇洗涤，并在室温下真空干燥，得到改性层状双氢氧化物；

S3、将1g改性层状双氢氧化物超声分散在400mL乙醇中，加入0.4g生物炭，搅拌30min，使用真空过滤器过滤，固体通过在热风干燥器中在80℃下干燥24h，得到废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料；

其中，[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物水溶液包括以下步骤制得:

A1、向0.3g的5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉中加入30mL浓度为2M的NaOH溶液，再加入1g乙酸钴水溶液，并将反应混合物在60℃加热1h，最后，通过从乙醇-水中重结晶来纯化，得到[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物；

A2、将[5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉]钴络合物加水配置成浓度为0.003mol/L的溶液；

生物炭包括以下步骤制得：

将竹子去除树皮、顶部和叶子后，切成均匀的小立方体，然后完全晒干，在马弗炉N

对比例

一种废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料，包括以下步骤制得：

S1、将3g的Ni(NO

S2、将0.5g层状双氢氧化物超声分散在200mL乙醇中，加入0.2g生物炭，搅拌30min，使用真空过滤器过滤，固体通过在热风干燥器中在80℃下干燥24h，得到废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料；

生物炭包括以下步骤制得：

将竹子去除树皮、顶部和叶子后，切成均匀的小立方体，然后完全晒干，在马弗炉N

现对实施例1-3及对比例制备的废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料进行性能测试，测试结果如下表1所示。

表1

由上表1可知，本发明实施例制备的废水处理用层状双氢氧化物基碳复合材料相比于对比例由于通过将层状双氢氧化物嵌入至生物炭上，可以减少吸附过程中层状双氢氧化物的粉碎，并为复合材料提供足够的机械强度和吸附稳定性，从而达到了更好的废水处理效果。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。