CN111135794B - 氧化铝改性膨胀石墨吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂及其制备方法和应用，涉及吸附剂技术领域。该氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，通过向可溶性铝盐和膨胀石墨中加入分散剂得到水溶液A，然后将水溶液A与碱性物质反应，活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，其中，分散剂包括碳原子数为C1‑C4的醇类，由于分散剂具有氢键，其通过连接膨胀石墨表面氢氧根离子，可改善膨胀石墨的表面性质，增加吸附活性位点，当膨胀石墨浸渍于可溶性铝盐中时，Al3+在膨胀石墨孔隙中的负载效果得到改善，可有效增加改性膨胀石墨中氧化铝的有效含量，进而提高氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。本发明还提供了上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂及其应用。
Description
技术领域
本发明涉及吸附剂技术领域，尤其是涉及一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
膨胀石墨是一种多孔材料，常被用作吸附剂，在金属离子废水处理方面已受到关注，但是单一的使用膨胀石墨在应用上受到一定限制，不能取得较好的吸附效果。氧化铝尤其是γ-Al2O3，具有成本低、来源广、比表面积高、孔结构和孔径分布可调、机械强度高和热稳定性好的特点。故可采用氧化铝对膨胀石墨改性制备吸附性能优良的吸附剂。
现有技术在制备氧化铝改性膨胀石墨的过程中首先采用沉淀法得到氢氧化铝/膨胀石墨，然后过滤后用热水进行清洗，再对氢氧化铝进行脱水后处理，得到氧化铝改性膨胀石墨。但是该过程中存在以下问题：
(1)采用沉淀法得到氢氧化铝/膨胀石墨过程中，由于氢氧化铝分散性能相对较差，易于团聚，从而影响氢氧化铝在膨胀石墨空隙中的负载，使得最终氧化铝改性膨胀石墨中氧化铝的有效含量较低，不利于氧化铝改性膨胀石墨吸附性能的提升；
(2)过滤后用热水进行清洗的过程中会有部分氢氧化铝流失，造成改性膨胀石墨中Al含量远低于理论含量。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，该制备方法可提高氧化铝在膨胀石墨孔隙中的负载效果，增加改性膨胀石墨中氧化铝的有效含量，提高氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。
本发明的第二目的在于提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，采用上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法制得。
本发明的第三目的在于提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
提供含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
将水溶液A和碱性物质混合以使可溶性铝盐与碱性物质反应生成氢氧化铝，然后再进行分离，将分离得到的固体物质进行活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂；
其中，所述分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述分散剂包括甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的任意一种或至少两种的组合，优选包括乙醇；
优选地，所述碱性物质包括氨水、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，水溶液A中膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g；
优选地，水溶液A中可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)，优选为(0.12-0.55):(12-28):(0.3-1.9)；
优选地，碱性物质与水溶液A中可溶性铝盐的质量比为(20-40):(0.1-0.6)。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，将氨水滴加至水溶液A中以进行反应，碱性物质的滴加速度为2-5g/min；
优选地，将水溶液A与碱性物质反应后先进行超声，再进行静置，然后再进行分离；
优选地，超声的功率为480-900W，超声的时间为0.5-3h；
优选地，活化的温度为80-500℃，活化的时间为3-10h。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，水溶液A中，可溶性铝盐包括硝酸铝、氯化铝或硫酸铝中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述膨胀石墨包括天然鳞片石墨。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：
使鳞片石墨、插层剂和氧化剂发生反应后再进行分离，将分离得到的石墨中间产物干燥，微波膨胀，得到膨胀石墨。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述鳞片石墨、插层剂和氧化剂的质量比为1:(10-25):(0.1-0.6)；
优选地，所述插层剂包括硝酸和磷酸，硝酸和磷酸的体积比为1：(0.5-3)；
优选地，所述氧化剂包括高锰酸钾；
优选地，反应温度为30-60℃，反应时间为10-80min；
优选地，微波膨胀的功率为650-900W，微波膨胀的时间为10-120s。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法包括以下步骤：
(a)提供含有可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的水溶液A；其中，可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)，膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g；
(b)将氨水滴加至水溶液A中以使溶性铝盐与氨水反应生成氢氧化铝，滴加结束后进行超声，静置，然后再于15-25℃进行分离，将分离得到的改性膨胀石墨中间产物于80-500℃下活化3-10h，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
本发明还提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，采用上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法制得。
本发明还提供了上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂在水处理领域中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂及其制备方法和应用具有以下技术效果：
(1)本发明提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，通过向可溶性铝盐和膨胀石墨中加入分散剂得到水溶液A，然后将水溶液A与碱性物质反应，活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，其中，分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类，由于分散剂具有氢键，可通过连接膨胀石墨表面氢氧根离子改善膨胀石墨的表面性质，增加吸附活性位点，当膨胀石墨浸渍于可溶性铝盐中时，Al3+在膨胀石墨孔隙中的负载效果得到改善，同时还能够在不引起粉体间相互作用的前提下使Al3+与碱性物质生成的氢氧化铝过滤容易，使氢氧化铝分散性良好，有效地抑制氢氧化铝的团聚，有利于形成氢氧化铝超细粒子，增大其表面积，从而使超细氢氧化铝良好的分散于膨胀石墨的内部孔隙，进而增加改性膨胀石墨中氧化铝的有效含量，以及提高氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。
(2)本发明提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，采用上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法制得。鉴于上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法所具有的优势，使得氧化铝改性膨胀石墨吸附剂中氧化铝的有效含量较高，同时氧化铝改性膨胀石墨吸附剂具有良好的吸附性能。
(3)本发明提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的应用，鉴于上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂所具有的优势，使得其在水处理领域具有良好的应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
提供含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
将水溶液A和碱性物质混合以使可溶性铝盐与碱性物质反应生成氢氧化铝，然后再进行分离，将分离得到的固体物质进行活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂；
其中，分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类。
具体的，膨胀石墨结构松散，多孔而弯曲，表面积大，表面能较高，具有良好的吸附性能。对于膨胀石墨的来源不作具体限定，可自制也可市售可得。
可溶性铝盐主要是为了提供Al3+，利用Al3+与碱性物质反应，生成氢氧化铝沉淀，然后经过后期活化处理，得到氧化铝。活化处理，主要是使氢氧化铝生成氧化铝。氧化铝具有成本低、来源广、比表面积和机械强度高、孔结构和孔径分布可调和热稳定性好的特点。将膨胀石墨与氧化铝复合，所得到的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂具有更优异的吸附性能。
分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类。由于该类分散剂具有氢键，其能够连接膨胀石墨表面氢氧根离子，可改善膨胀石墨的表面性质，增加吸附活性位点，当膨胀石墨浸渍于可溶性铝盐中时，Al3+在膨胀石墨孔隙中的负载效果得到改善，同时还能够在不引起粉体间相互作用的前提下使Al3+与碱性物质生成的氢氧化铝过滤容易，使氢氧化铝分散性良好，有效地抑制氢氧化铝的团聚，有利于形成氢氧化铝超细粒子，增大其表面积，从而使超细氢氧化铝良好的分散于膨胀石墨的内部孔隙，进而增加改性膨胀石墨中氧化铝的有效含量。另外，该类分散剂相对分子质量小、成本低，具有良好初始分散效果等优点。
本发明提供的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，通过向可溶性铝盐和膨胀石墨中加入分散剂得到水溶液A，然后将水溶液A与碱性物质反应，活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，其中，分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类，由于分散剂具有氢键，连接表面氢氧根离子，可改善膨胀石墨的表面性质，增加吸附活性位点，当膨胀石墨与可溶性铝盐中时，Al3+在膨胀石墨孔隙中的负载效果得到改善，可有效增加膨胀石墨中氧化铝的有效含量，以及提高氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。
作为本发明的一种可选实施方式，分散剂包括甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的任意一种或至少两种的组合，优选包括乙醇。
作为本发明的一种可选实施方式，碱性物质包括氨水、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合，优选包括氨水。
通过对分散剂和碱性物质具体种类的限定，使得该分散剂对于Al3+与碱性物质生成的氢氧化铝具有更好的分散性能，可提高氢氧化铝在膨胀石墨表面的复杂，从而进一步提高膨胀石墨中氧化铝的有效含量以及氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性。
由于膨胀石墨结构松散，多孔而弯曲，故可采用膨胀体积对膨胀石墨的膨胀度进行描述。作为本发明的一种可选实施方式，水溶液A中膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g。需要说明的是“mL/g”是指每克膨胀石墨所对应的体积。
膨胀石墨典型但非限制性的膨胀体积为180mL/g、200mL/g、210mL/g、220mL/g、240mL/g、250mL/g、260mL/g、280mL/g或300mL/g。
膨胀石墨的膨胀体积与氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能有关。通过对膨胀石墨的膨胀体积的限定，使得所得氧化铝改性膨胀石墨吸附剂具有更好的吸附性能。
作为本发明的一种可选实施方式，水溶液A中可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)，优选为(0.12-0.55):(12-28):(0.3-1.9)。
水溶液A中可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的质量比为0.1:10:0.2、0.2:10:0.2、0.4:10:0.2、0.5:10:0.2、0.6:10:0.2、0.1:15:0.2、0.1:20:0.2、0.1:25:0.2、0.1:30:0.2、0.1:15:0.5、0.1:15:0.8、0.1:15:1.0、0.1:15:1.5、0.1:15:2、0.6:15:0.5、0.6:15:0.8、0.6:15:1.0、0.6:15:1.5或0.6:15:2。
作为本发明的一种可选实施方式，碱性物质与水溶液A中可溶性铝盐的质量比为(20-40):(0.1-0.6)，典型但非限制性的碱性物质与可溶性铝盐的质量比为20:0.1、25:0.1、30:0.1、35:0.1、40:0.1、20:0.2、25:0.2、30:0.2、35:0.2、40:0.2、20:0.5、25:0.5、30:0.5、35:0.5、40:0.5、20:0.6、25:0.6、30:0.6、35:0.6或40:0.6。
通过对可溶性铝盐、分散剂、膨胀石墨和碱性物质之间用量配比的限定，可使得可溶性铝盐与碱性物质实现充分反应生成氢氧化铝，分散剂可充分实现氢氧化铝在膨胀石墨上的负载，从而提高氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。
作为本发明的一种可选实施方式，将碱性物质滴加至水溶液A中以进行反应，碱性物质的滴加速度为2-5g/min。碱性物质典型但非限制性的滴加速度为2g/min、2.5g/min、3g/min、3.5g/min、4g/min、4.5g/min或5g/min。
采用一定的速率向水溶液A中逐滴缓慢加入碱性物质的方式制备氢氧化铝，增加了Al3+与碱性物质的有效接触面积，二者能充分进行反应，且减少氢氧化铝团聚，改善氢氧化铝的分散性，形成稳定的Al(OH)3/膨胀石墨。
作为本发明的一种可选实施方式，将水溶液A与碱性物质反应后先进行超声，再进行静置，然后再进行分离。
水溶液A与碱性物质反应后进行超声，超声可以进一步提高氢氧化铝的分散性，有利于纳米级氧化铝的制备。由于超声后上述混合物温度升高，需要静置一段时间降温冷却至常温。
作为本发明的一种可选实施方式，超声的功率为480-900W，超声的时间为0.5-3h；典型但非限制性的超声的功率为480W、600W、720W或900W，典型但非限制性的超声的时间为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h。
作为本发明的一种可选实施方式，将水溶液A与碱性物质反应后先进行超声，再进行静置，然后再于室温(15-25℃)下进行分离。
于室温下进行分离，避免了用热水冲洗的过程，减少膨胀石墨孔隙中Al(OH)3的流失。分离手段可采用常用的方式，例如抽滤等。
作为本发明的一种可选实施方式，活化的温度为80-500℃，活化的时间为3-10h。典型但非限制性的活化的温度为80℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、480℃或500℃。
通过对活化的温度以及时间的限定，使得Al(OH)3/膨胀石墨中的Al(OH)3脱水生成氧化铝与膨胀石墨的复合结构，从而得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
作为本发明的一种可选实施方式，水溶液A中，可溶性铝盐包括硝酸铝、氯化铝或硫酸铝中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，膨胀石墨包括天然鳞片石墨。
膨胀石墨的制备方法有多种。作为本发明的一种可选实施方式，所述膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：
使鳞片石墨、插层剂和氧化剂发生反应后再进行分离，将分离得到的石墨中间产物干燥，微波膨胀，得到膨胀石墨。
该制备方法为化学氧化插层法，主要是利用插层剂、氧化剂插入到石墨的层间，再经过一系列处理得到膨胀石墨。
作为本发明的一种可选实施方式，鳞片石墨、插层剂和氧化剂的质量比为1:(10-25):(0.1-0.6)；典型但非限制性的鳞片石墨、插层剂和氧化剂的质量比为1:10:0.1、1:10:0.2、1:10:0.4、1:10:0.5、1:10:0.6、1:15:0.1、1:20:0.1、1:25:0.1、1:15:0.2、1:20:0.2、1:25:0.2、1:15:0.4、1:20:0.4、1:25:0.4、1:15:0.5、1:20:0.5、1:25:0.5、1:15:0.6、1:20:0.6或1:25:0.6。
作为本发明的一种可选实施方式，插层剂包括硝酸和磷酸，硝酸和磷酸的体积比为1:(0.5-3)；
优选地，氧化剂包括高锰酸钾；
作为本发明的一种可选实施方式，反应温度为30-60℃，反应时间为10-80min。典型但非限制性的反应温度为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃，典型但非限制性的反应时间为10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min或80min。
作为本发明的一种可选实施方式，微波膨胀的功率为650-900W，微波膨胀的时间为10-120s。典型但非限制性的微波膨胀的功率为650W、700W、750W、800W、850W或900W，典型但非限制性的微波膨胀的时间为10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s或120s。
通过对膨胀石墨的制备方法中具体工艺参数的限定，使得膨胀石墨可具有较高的膨胀体积。
作为本发明的一种可选实施方式，氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法包括以下步骤：
(a)提供含有可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的水溶液A；其中，可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)，膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g；
(b)将氨水滴加至水溶液A中以进行反应，滴加结束后进行超声，静置，然后再于15-25℃进行分离，将分离得到的固体物质于80-500℃下活化3-10h，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
通过对氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法中各步骤以及工艺参数的进一步优化，使得所制得的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能更为良好。
根据本发明的第二个方面，还提供了一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，采用上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法制得。
鉴于上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法所具有的优势，使得氧化铝改性膨胀石墨吸附剂中氧化铝的有效含量较高，同时氧化铝改性膨胀石墨吸附剂具有良好的吸附性能。
根据本发明的第三个方面，还提供了上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂在水处理领域中的应用。
鉴于上述氧化铝改性膨胀石墨吸附剂所具有的优势，使得其在水处理领域具有良好的应用。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.06:1为基准，称取0.1766g的Al(NO3)3·9H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
其中，膨胀石墨的制备方法包括以下步骤：
称取1g天然鳞片石墨和0.4g的KMnO4，与18mL的混合酸(HNO3和H3PO4的体积比为1:2)，一起加入500mL烧杯中，在40℃反应40min后，分离，将分离得到的固体物质洗涤至中性，60℃烘干4h，然后置于微波炉中膨胀30s，微波膨胀的功率为750W，得到膨胀石墨，膨胀石墨的膨胀体积为300mL/g；
(b)以3g/min的速度向水溶液A中缓慢加入40mL氨水，滴加结束后继续搅拌30min，超声2h，超声的功率为600W，然后静置至室温洗涤、抽滤，在170℃活化3h，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
实施例2
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了将步骤(a)中的无水乙醇替换为甲醇，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了将步骤(a)中的无水乙醇替换为丙二醇，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了将步骤(a)中的无水乙醇替换为正丁醇，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(b)中无水乙醇的用量为30mL，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(b)中无水乙醇的用量为40mL，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(b)中无水乙醇的用量为10mL，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(a)中，按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.04:1为基准，称取0.1176g的Al(NO3)3·9H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
膨胀石墨的制备方法以及步骤(b)与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(a)中，按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.08:1为基准，称取0.2353g的Al(NO3)3·9H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
膨胀石墨的制备方法以及步骤(b)与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(a)中，按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.10:1为基准，称取0.2941g的Al(NO3)3·9H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
膨胀石墨的制备方法以及步骤(b)与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(a)中，按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.12:1为基准，称取0.3529g的Al(NO3)3·9H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
膨胀石墨的制备方法以及步骤(b)与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(b)中活化的温度为500℃，活化的时间为3h，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例13
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，步骤(b)中将向水溶液A中缓慢加入氨水替换为将水溶液A与氨水直接混合，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例14
本实施例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(a)按氧化铝与膨胀石墨质量比为0.06:1为基准，称取0.3918g的Al2(SO4)3·18H2O和25mL的无水乙醇置入500mL烧杯中进行溶解，再加入125mL的蒸馏水和0.4g的膨胀石墨，搅拌浸渍30min后，得到含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
其中，膨胀石墨的制备方法包括以下步骤：
称取1g天然鳞片石墨和0.4g的KMnO4，与15mL的混合酸(HNO3和H3PO4的体积比为1:2)，一起加入500mL烧杯中，在40℃反应40min后，分离，将分离得到的固体物质洗涤至中性，60℃烘干4h，然后置于微波炉中膨胀30s，微波膨胀的功率为650W，得到膨胀石墨，膨胀石墨的膨胀体积为280mL/g；
(b)以3g/min的速度向水溶液A中缓慢加入40mL氢氧化钠溶液(氢氧化钠质量分数为30％)，滴加结束后继续搅拌30min，超声2h，超声的功率为800W，然后静置至室温抽滤，在300℃活化8h，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
对比例1
本对比例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，除了步骤(a)水溶液A中未添加无水乙醇，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，将步骤(a)水溶液A中的无水乙醇替换为聚乙烯醇和丙二醇，且聚乙烯醇和丙二醇的重量比为1:1，其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
为验证各实施例和对比例的技术效果，特进行以下实验。
实验例1
对实施例1-14和对比例1-2提供的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能进行测试，同时以实施例1中的原料膨胀石墨作为对照实验。吸附性能测试方法为：取氧化铝改性膨胀石墨吸附剂样品60mg，对40mL的刚果红溶液(200mg/L)在室温振荡吸附25min，然后测定脱色率和吸附量，具体结果如表1所示。
表1
从表1中数据可以看出，采用本发明提供的制备方法制得的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能明显优于膨胀石墨的吸附性能。
与对比例1相比较，采用本发明提供的制备方法制得的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能明显优于未添加分散剂制备的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能；与对比例2相比较，采用本发明提供的制备方法制得的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能优于以聚乙烯醇和丙二醇为分散剂制备的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的吸附性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (22)
1.一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供含有可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的水溶液A；
将水溶液A和碱性物质混合以使可溶性铝盐与碱性物质反应生成氢氧化铝，先进行超声，再进行静置，然后再于15-25℃下进行分离，将分离得到的固体物质进行活化，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂；
其中，所述分散剂包括碳原子数为C1-C4的醇类；
水溶液A中可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括乙醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性物质包括氨水、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性物质包括氨水。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水溶液A中膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水溶液A中可溶性铝盐、分散剂和膨胀石墨的质量比为(0.12-0.55):(12-28):(0.3-1.9)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碱性物质与水溶液A中可溶性铝盐的质量比为(20-40):(0.1-0.6)。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将碱性物质滴加至水溶液A中以进行反应，碱性物质的滴加速度为2-5g/min。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，超声的功率为480-900W，超声的时间为0.5-3h。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，活化的温度为80-500℃，活化的时间为3-10h。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的制备方法，其特征在于，水溶液A中，可溶性铝盐包括硝酸铝、氯化铝或硫酸铝中的任意一种或至少两种的组合。
13.根据权利要求1-11任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨包括天然鳞片石墨。
14.根据权利要求1-11任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：
使鳞片石墨、插层剂和氧化剂发生反应后再进行分离，将分离得到的石墨中间产物干燥，微波膨胀，得到膨胀石墨。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述鳞片石墨、插层剂和氧化剂的质量比为1:(10-25):(0.1-0.6)。
16.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述插层剂包括硝酸和磷酸，硝酸和磷酸的体积比为1：(0.5-3)。
17.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂包括高锰酸钾。
18.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，反应温度为30-60℃，反应时间为10-80min。
19.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，微波膨胀的功率为650-900W，微波膨胀的时间为10-120s。
20.根据权利要求1-11任意一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供含有可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的水溶液A；其中，可溶性铝盐、乙醇和膨胀石墨的质量比为(0.1-0.6):(10-30):(0.2-2)，膨胀石墨的膨胀体积为180-300mL/g；
(b)将氨水滴加至水溶液A中以使溶性铝盐与氨水反应生成氢氧化铝，滴加结束后进行超声，静置，然后再于15-25℃进行分离，将分离得到的改性膨胀石墨中间产物于80-500℃下活化3-10h，得到氧化铝改性膨胀石墨吸附剂。
21.一种氧化铝改性膨胀石墨吸附剂，其特征在于，采用权利要求1-20任意一项所述的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂的制备方法制得。
22.权利要求21所述的氧化铝改性膨胀石墨吸附剂在水处理领域中的应用。
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| TiO2/GO复合材料光催化降解大气中VOCs研究;罗颖基等;《广东化工》;20180430;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN111135794A (zh) | 2020-05-12 |
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