[發明專利]電氣石/枝接改性含硫還原氧化石墨烯復合吸附材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410256718.7
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103990436A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 薛剛;苗月珍;梁金生;黃志煥;王偉
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及一種新型的復合吸附材料，具體說就是一種以電氣石/枝接改性含硫還原氧化石墨烯的復合吸附材料的配方、制備方法及應用。

背景技術

水是現代經濟發展所依賴的最關鍵自然資源。缺水與經濟快速發展不可能攜手并進。然而,當前水環境遭受到嚴重污染，全世界每年約有4200多億m³的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億m³的淡水，這相當于全球徑流總量的14％以上。國家環保總局的統計數據顯示,全國工業廢水中重金屬汞、鎘、六價鉻、總鉻、鉛及砷排放量分別為1.1噸、26.7噸、70.4噸、188.6噸、97.1噸和127.7噸，石油類排放量1.7萬噸，揮發酚排放量1481.4噸，氰化物排放量171.8噸。重金屬在水環境中具有高溶解性、生物不可降解性,易被生物吸收。一旦重金屬進入生物鏈，大量的重金屬可能在人體內積累。如果重金屬離子的攝入過量，可能導致嚴重的健康疾病。石油、揮發酚、氰化物等有機物在水環境中難降解，該類有機物的濃度超過水環境的自凈能力許可濃度時會導致水體缺氧，生物中毒，甚至導致水生生物死亡或者滅絕，嚴重影響生態平衡。然而多數企業排放的污水含有多種污染物，例如化學原料及化學制品制造業，紡織業等行業排放的污水中不僅含有多種有機污染物如重金屬離子、染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質等，該類廢水具有水質成分復雜、副產物多、污染物含量高、有毒有害物質多、生物難降解、廢水色度高等特點，因此，實際應用中更需要對多種污染物尤其是重金屬離子吸附效果好的吸附材料。

目前常見的水處理工藝包括：曝氣法(即給水體補充氧氣)、物化方法(即向水中投加試劑)、活性污泥法(即利用微生物將污水中的有機物降解)等。用這些傳統工藝處理含有大量的重金屬離子的廢水，難以達到國家排放標準，物理吸附的方法處理效果雖好，但目前市售的吸附劑價格非常昂貴、且吸附性能不太理想。污水綜合排放標準——GB8978-1996規定的總汞、總鎘、總銅、總鋅的排放標準分別為0.05ppm、0.1ppm、5.0ppm和2.0ppm，因此高濃度的重金屬離子廢水處理成本非常高。廉價、高效的吸附材料是降低高濃度重金屬離子廢水的處理成本的關鍵因素。新型吸附劑的開發對節能減排、環境保護具有重要意義，同時對人類的生產生活也會產生深遠影響。

目前比表面積大，對水中污染物吸附效果好的材料最常見的是納米材料，最典型的要數石墨烯及其衍生物的復合材料。石墨烯的理論比表面積是2630m²/g，在水處理方面具有良好的應用前景。

專利CN103418166A(2013年)提供了一種低濃度稀土離子的吸附材料——氧化石墨烯膠體，該材料可以高效吸附稀土離子,并且可再生,能夠多次反復使用。但該材料須與透析膜同時使用，否則，會難以從水中分離，造成二次污染。專利CN103432996A(2013年)提供了一種氧化石墨烯磁性介孔氧化硅復合材料的制備方法，該材料以氧化石墨烯和磁性介孔氧化硅微球為原料，通過溶膠凝膠法制備而成。該復合材料具有大的比表面積和良好的磁可操控性，且可以利用表面的基團同時吸附腐殖酸和重金屬離子Pb(II)。但其輔助原料碳二亞胺等容易產生N,N-二環己基脲等副產物,會產生二次污染,皮膚接觸更容易產生過敏等現象。文獻Multifunctional,Ultra‐Flyweight,Synergistically?Assembled?Carbon?Aerogels用溶膠——冷凍干燥法制備出一種石墨烯/碳納米管超輕氣凝膠，該氣凝膠對多種有機物有良好的吸附作用，并且可重復利用。但該材料具有疏水屬性，難以吸附水中易溶于水的無機物和重金屬離子。

本課題組的專利CN103272560A介紹了一種新型復合水處理材料及其制備方法，該材料以電氣石、氧化石墨烯和海泡石為主要原料制備出電氣石/氧化石墨烯/海泡石或電氣石/石墨烯/海泡石復合體系，對印染廢水有良好的吸附效果，但在吸附重金屬方面的效果不突出。同時,電氣石/氧化石墨烯/海泡石或電氣石/石墨烯/海泡石復合體系,僅僅是氧化石墨烯或石墨烯將兩者包裹,并沒有形成表面化學鍵。因此，本課題組在此基礎上進一步研發出對重金屬離子和有機物均有良好吸附效果的新型吸附材料，該材料的新穎性在于對還原氧化石墨烯分子進行枝接改性，使硫元素以化學鍵的形式與還原氧化石墨烯枝接在一起,從而制備出一種新型的吸附材料,該材料對重金屬離子的吸附具有良好的選擇性，吸附效果也有顯著提高。電氣石具有自發極性，可以產生微電場，可以加速分子尤其是陰陽離子的布朗運動，將電氣石與之復合，可以提高復合材料對重金屬離子的吸附速率，從而達到快速去除重金屬離子的目的。