[發明專利]一種偶氮染料吸附劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110269721.9
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102357356A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 馬棟;陳宇云;張黎明;陳弟虎
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01D15/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于環境工程技術領域，特別涉及一種偶氮染料吸附劑及其制備 方法和應用。

背景技術

偶氮類染料是目前印染行業中使用最多的一類染料，化學性質穩定，其 廢水具有色度深、難處理、降解產物毒性高和對環境危害大等特點，是一類 典型的印染廢水。目前常用的處理偶氮染料廢水的方法主要有吸附法、化學 氧化法、生化法等，其中吸附法由于成本相對較低、可避免二次污染和無毒 副作用等優勢而成為研究和使用最為廣泛的一種方法。該技術實施的關鍵在 于選擇高性能吸附劑。目前研究和應用較多的吸附劑主要有活性炭、天然礦 物(硅藻土、煤渣等)、高性能樹脂和碳納米管等。例如，Rocher等將磁性 納米粒子和活性炭負載于殼交聯的海藻酸鈉微球中，將其用于亞甲基藍和甲 基橙的吸附研究，由于該吸附劑可通過磁場調控吸附劑與吸附介質的分離， 因而不易產生殘留(Journal?of?Hazardous?Materials?2010，178：434-439)。王 勇等以CMC、丙烯酸樹脂和膨潤土等為原料，制得一類低成本、可用于偶氮 染料廢水處理的高性能吸水性樹脂(中國發明專利，CN100591627C)。Yao 等使用化學改性的碳納米管對亞甲基藍進行吸附研究，由于碳納米管具有豐 富的納米孔隙結構和巨大的比表面積，因此該吸附劑表現出良好的吸附效果 (Bioresource?Technology?2010，101：3040-3046)。

但是上述樹脂或活性炭等吸附劑的吸附量和吸附效率相對較低，增加了 吸附劑的使用量，易造成二次污染；碳納米管雖然依靠其特殊的納米結構對 偶氮染料表現出較高的吸附量，但其水分散性差，不能充分與廢水中的偶氮 染料接觸，其吸附效率亦受到一定影響。因此，如何構建具有高吸附能力的 新型吸附劑成為該領域亟待解決的重要課題。迄今為止，利用聚乙酰亞胺對 氧化石墨進行化學改性制備水分散性氧化石墨并將其用于偶氮染料吸附應用 尚未見報道。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的缺點和不足，本發明的首要目的在于提 供一種具有高吸附性能的偶氮染料吸附劑的制備方法；本發明首先對石墨進 行預處理，制備得到氧化石墨；該氧化石墨經聚乙烯亞胺化學改性后，在水 溶液中具有良好的分散穩定性。

本發明的另一目的在于提供一種由上述方法制備的偶氮染料吸附劑。該 吸附劑材料具有制備方便、快速高效、適用范圍廣、無殘留和無毒副作用等 特點。

本發明的再一目的在于提供上述偶氮染料吸附劑在環境工程領域中的應 用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種偶氮染料吸附劑的制備方法， 包括以下操作步驟：

(1)預氧化石墨的制備：

將5～10g過硫酸鉀(K₂S₂O₈)和5～10g五氧化二磷(P₂O₅)加入到 20～40mL濃硫酸中，充分溶解后，升溫至60～90℃，再加入5～10g石墨 粉，攪拌4～8小時后停止加熱，自然冷卻到室溫；將所得產物用蒸餾水稀釋 至原體積的3～10倍，離心收集沉淀，并用蒸餾水洗滌，得到預氧化石墨；

(2)氧化石墨的制備：

將步驟(1)所得預氧化石墨分散于20～40mL濃硫酸中，冰鹽浴冷卻 至-5～0℃，得到預氧化石墨分散液；將高錳酸鉀(KMnO₄)加入預氧化石墨 分散液中，反應1～3小時，然后加入蒸餾水和雙氧水，離心分離除去雜質， 再將上清液繼續離心分離，收集沉淀得到氧化石墨(GO)；

(3)偶氮染料吸附劑(即聚乙烯亞胺改性氧化石墨，PEI-GO)的制備：

在室溫條件下，將10～50mg步驟(2)所得氧化石墨分散于20～50mL 水中，超聲分散后與聚乙烯亞胺(PEI)共混，再向所得溶液中加入1-乙 基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和N-羥基琥珀酰 亞胺(NHS)，調節pH值至6～7，室溫條件下反應24～48小時；將反應 產物離心分離，收集沉淀得到偶氮染料吸附劑。

步驟(1)所述室溫為15～35℃；所述攪拌采用磁力攪拌；所述離心采 用轉速為2000～4000r/min；所述用蒸餾水洗滌的次數為3～5次。