[發明專利]一種β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物及制備方法與應用

無效

• 申請號: 201310302175.3
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103341350A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 王慧;劉云國;胡新將;曾光明;李婷婷;李華英
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/48
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技術領域

本發明屬于環境功能材料和水處理新技術領域，具體涉及一種β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物及其制備方法與應用。

背景技術

隨著工業的迅速發展，大量含有重金屬污染物的廢水排放到水體中，這些污染物通常毒性大、不能降解，可以通過食物鏈直接或間接進入人體，在人體內積蓄、濃縮從而引起致畸、致癌、致突變等危害。作為一種有毒重金屬，鉻具有很強的毒性和生物蓄積性的特征，它即使在非常低的濃度下都可引起嚴重的健康問題。通常情況下，鉻在廢水中以三價鉻和六價鉻兩個穩定態存在。其中六價鉻致突變和致癌性遠大與三價鉻。為了保護環境和人類的公共安全，在廢水排放前，去除這些有毒的重金屬離子迫在眉睫。傳統的廢水處理方法包括吸附，化學混凝，電膜系統和離子交換等方法。在這些處理方法中，吸附法因為其成本低，操作簡單而成為最有效的去除廢水中重金屬離子的方法之一。常用的吸附劑有碳纖維材料、沸石、粘土礦物和一些氧化物等。在實際應用中，由于原料來源不豐富、吸附能力不夠等原因，限制了這些吸附劑的廣泛應用。因此，制備一種能夠解決這些問題的吸附劑具有重大的現實意義。

近年來的研究表明，氧化石墨烯作為石墨烯的重要衍生物，其結構和性質與石墨烯基本相同，具有較高的比表面積和豐富的官能團如羥基、環氧基、羰基、羧基等，這些官能可以作為吸附位點與金屬離子產生螯合作用，但是因為其親水性，在吸附后很難從廢水中分離。通過將磁性納米粒子負載在氧化石墨烯表面而合成的磁性氧化石墨烯解決了這個問題。隨之而來的困擾是在磁化過程中，氧化石墨烯表面的一些吸附位點被磁性納米粒子占據，從而導致磁性氧化石墨烯吸附位點減少，吸附能力也降低。為了提高其吸附能力，就需要在其表面增加對重金屬離子具有較強螯合作用的吸附位點。β環糊精是一種包含7個葡萄糖單元分子的環狀低聚糖，其表面攜帶很多含氧基團，分子中的疏水空腔也可以對污染物產生很好的包絡作用。但因其在水中具有溶解性，限制了其作為吸附劑在廢水處理中的應用。因此，可以將β環糊精通過一定的方法嫁接到磁性氧化石墨烯表面，增加其吸附位點，從而提高其對重金屬離子的吸附能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現存在的技術問題，開發一種高效易分離、成本低廉的可用于吸附處理重金屬離子的β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物；以及一種工藝簡單、制備快速的β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物的制備方法；還提供一種上述復合物應用于去除六價鉻離子的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物，其特征在于，所述復合物包括磁性氧化石墨烯基體，所述磁性氧化石墨烯基體上通過乙二胺嫁接了β環糊精。

作為一個總的技術構思，本發明還提出了一種β環糊精與磁性氧化石墨烯復合物的制備方法，是將β環糊精通過乙二胺嫁接在磁性氧化石墨烯表面，這樣制備的復合物可以彌補磁性氧化石墨烯吸附位點少的缺陷，具體步驟如下：

（1）將1.0~5.0g石墨、1.0~5.0gK₂S₂O₈、1.0~5.0gP₂O₅和1~20mL?H₂SO₄混合后在水浴加熱至60~100℃，反應1~8h后加入0.2~1.0L超純水，冷卻后放置5~24h，用超純水清洗去除殘留的酸，在40~80℃真空干燥，將干燥后的產物加入80~150mL溫度為0~10℃的H₂SO₄(95~98%)中，再加入1.0~5.0gNaNO₃，5~25gKMnO₄，并在0~20℃下振蕩1~8h，然后在20~50℃反應1~5h，再加入0.1~0.5L水保證反應溫度控制在80~100℃，繼續振蕩2~10h，再加入0.4~1.0L水和10~40mLH₂O₂(20~40wt%)，室溫下振蕩1~4h，再用HCl(5~20%)和水反復清洗，再在30~60℃下超聲1~3h，定容后得到濃度為1~10g/L的氧化石墨烯；

（2）在室溫下，將0.005~0.02mol的FeCl₃與0.002~0.01mol的FeSO₄融入100~150mL超純水中，加入100~300mL步驟（1）所述的氧化石墨烯溶液中，迅速加入10~100mL氨水(30~90%)調節pH為9~11，并在70~100℃條件下持續攪拌10~60min，使溶液冷卻至室溫，再用超純水清洗至中性，定容后得到濃度為1~10g/L的磁性氧化石墨烯；