碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料在難降解有機廢水處理中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于有機廢水處理領(lǐng)域，涉及一種碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù) 合材料，還涉及該碳納米管-納米銀-聚氯化錯-殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，還涉及上述碳 納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料在難降解有機廢水處理中的應(yīng)用;還涉及一種 利用碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料處理難降解有機廢水的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 水污染是當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廢水為主。高濃度有機廢水對環(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。
[0003] 高濃度有機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)、纖維素等有機物，如果直接排 放，會造成嚴重污染。
[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)模的不斷擴大及工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，含有高濃度有機廢水的污染源日益增多。但由 于高濃度有機廢水的性質(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廢水，如有機化學(xué)合 成工業(yè)和農(nóng)藥廢水。
[0008] 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)很難達到滿意的效果。因此，難降解有 機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】

[0009] 發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù) 合材料，還涉及該碳納米管-納米銀-聚氯化錯-殼聚糖復(fù)合材料的制備方法;還涉及一種上 述碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料在水處理中的應(yīng)用;還涉及一種水處理設(shè) 備。
[0010] 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-殼聚糖復(fù)合材料，包 括：
[0011]碳納米管，所述碳納米管被表面功能化；
[0012]納米銀，所述納米銀吸附于碳納米管內(nèi)外管壁上；
[0013] 聚氯化鋁，所述聚氯化鋁包覆于碳納米管外管壁上；
[0014] 殼聚糖，所述殼聚糖包覆于碳納米管外管壁上或接枝于聚合氯化鋁上。
[0015] 優(yōu)選地，所述碳納米管、納米銀、聚氯化鋁、殼聚糖的質(zhì)量比為（10-20) :1:(10-20):(10-20)〇
[0016] 更優(yōu)選地，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0017] 本發(fā)明還提供了上述一種碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料的制備方 法，包括以下步驟：
[0018] (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；
[0019] ⑵在磁力攪拌條件下，首先將聚乙烯吡略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；
[0020] (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；
[0021] (4)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，再加入殼 聚糖;40-60°C下，將步驟(3)制得的碳納米管-納米銀-聚氯化鋁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-殼聚糖。
[0022] 其中，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] 其中，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] 其中，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，步驟(4)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。
[0026] 其中，原料中，碳納米管、納米銀、-聚氯化鋁、殼聚糖的質(zhì)量比為（10-20): 1: (10-20):(10-20)〇
[0027] 本發(fā)明還提供了上述碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料在難降解有機 廢水處理中的應(yīng)用。
[0028] 本發(fā)明還提供了一種利用碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料處理難降 解有機廢水的設(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)包括依次連接的陽 極室(8)和陰極室(9)，所述陽極室(8)和陰極室(9)之間由質(zhì)子交換膜隔開，所述陽極室(8) 內(nèi)設(shè)有陽極電極（10)，所述陰極室(9)內(nèi)設(shè)有陰極電極（11)，所述陽極室(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)。
[0029] 作為改進，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。
[0030] 作為另一種改進，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。
[0031 ]作為另一種改進，所述混凝池（5)內(nèi)加入以下重量份的混凝劑：15份天然沸石、15 份海泡石、10份碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料、10份高嶺土、5份粒徑10-lOOOnm的納米級羥基磷灰石。
[0032] 作為另一種改進，所述精濾池(7)內(nèi)設(shè)有一組超濾裝置。
[0033] 作為另一種改進，所述陽極電極（10)采用碳氈電極;所述陰極電極（11)由碳纖維 纏繞在石墨棒上制成，陰極室(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。
[0034] 作為另一種改進，所述混凝池(5)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置(12)。
[0035] 有益效果:本發(fā)明提供的碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料磁分離特 性好，對有機污染物去除效果好，其制備方法簡單，制備過程易控，制備的碳納米管-納米 銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料質(zhì)量穩(wěn)定。
[0036] 本發(fā)明提供的處理難降解有機廢水的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，出水效率高，質(zhì)量 好。
[0037] 預(yù)處理裝置對難降解有機廢水初步降解，使難降解有機廢水初步降解，提高生物 利用效率。
[0038]經(jīng)初步降解的有機廢水進入生物處理池中，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)將難降解有機廢水中的有機物進行降解，再利 用好氧生物處理技術(shù)將難降解有機廢水中的有機物進一步降解;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，這樣在有機物降解的同時產(chǎn)生了電能。
[0039]經(jīng)生物處理的有機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。
[0040] 經(jīng)粗濾的有機廢水進入混凝池中，采用碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(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物以及其他雜質(zhì)。
[0041] 在沉淀池中，吸附了各種雜質(zhì)的碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料被 沉淀下來，利用上下的多功能電極強力吸附帶電荷的吸附了各種雜質(zhì)的碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料，從而使出水質(zhì)量非常優(yōu)異。
[0042]經(jīng)精濾后，得到出水。
【附圖說明】
[0043]圖1本發(fā)明利用碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料處理難降解有機廢 水的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0044]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)當也不會限 制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。
[0045] 實施例1
[0046] 碳納米管-納米銀-聚氯化鋁-殼聚糖復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0047] (1)將碳納米管加入包括堿和表面活性劑的混合溶液中，215°C反應(yīng)6h，純化，得表 面功能化的碳納米管;所述混合溶液中，堿的重量百分比濃度為2.5%，表面活性劑的重量 百分比濃度是1.5%;碳納米管與混合溶液的質(zhì)量比為1:120;所述表面活性劑為質(zhì)量比1:4 的十二烷基硫酸鈉和失水山梨醇酯的混合物；
[0048] (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1:3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)8h，去離子水清洗，真 空干燥處理，即得吸附納米銀的碳納米管；溶液中，聚乙烯吡