[發明專利]硫摻雜石墨烯泡沫及其制備方法和處理污水的方法

有效

• 申請號: 201410349143.3
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104069815A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 楊勝韜;趙連勤;禹寶偉
• 申請（專利權）人: 西南民族大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;B01J20/34
• 代理公司: 北京華凱弘信專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張玲;李丙林

技術領域

本發明涉及碳納米材料領域，具體而言，涉及一種硫摻雜石墨烯泡沫及其制備方法和處理污水的方法。

背景技術

水質污染是當前主要的環境污染問題之一。常見的污染物包括重金屬、染料、抗生素、農藥、油污等等。以重金屬為例，由于重金屬污染物潛在的毒害性以及重金屬污染物出現的高頻性，使得重金屬對環境的污染引起了廣泛的關注。為了治理污水中重金屬的污染，現在已經探索了很多的治理技術，其中的一些技術已經探索并確立。這些技術包括離子交換、反向滲透和吸附。這些處理技術中尤其是吸附技術，已經表現出很多的誘人的優點。其中包括較快的吸附動力學、較高的吸附效率以及較低的操作費用，這些已經得到了廣泛的研究和應用。吸附技術被證實在處理其他種類的污染物中也具有優良的效果。在吸附研究中的主要的方向是研究開發出高效能的吸附材料。

納米科學已經帶來了一些新的材料和技術，這些材料和技術能用在污水的處理上。石墨烯作為納米材料的代表已經展現了其在水污染處理上的潛力。石墨烯基的吸附劑已經得到廣泛的研究，研究結果表明其在水污染的處理上有著驚人的處理效果。例如，我們已經研究了一系列的石墨烯吸附劑，這些吸附劑用來處理重金屬、染料和抗生素。石墨烯吸附劑的吸附行為也得到了廣泛的研究。然而，由于石墨烯片層有較高分散性，使得其很難得到加工和處理。在應用過程中過分堆積的石墨烯的片層將會嚴重的減少吸附劑的吸附量?，F在已經嘗試了很多的方法來解決這些問題，其中包括與其他的材料重新的組合、功能化、與磁性的納米顆粒耦合等等。

海綿狀的石墨烯材料已經成為一種新的類型的高效吸附劑。海綿狀的石墨烯材料包括石墨烯海綿(GS)、石墨烯氣凝膠以及石墨烯水凝膠。由于海綿狀的石墨烯保留了單分散的石墨烯片的較大的表面區域，使得石墨烯的加工和處理過程變的更加的簡便。因此，海綿狀的石墨烯吸附劑被認為是水污染處理上的很有前景的材料。例如，水熱還原的石墨烯海綿在處理疏水的污染物上展現了超高的吸附量。氧化石墨烯-殼聚糖氣凝膠也能吸附處理銅離子、甲烯藍和四環素。除了上述的這些優勢之外，大多數海綿狀的石墨烯的吸附量比單純的氧化石墨烯的吸附量要低，這是因為海綿狀的石墨烯不可避免的會含有石墨烯片層的堆疊。因此，亟待研發具有高吸附能力、廣泛適應性的摻雜石墨烯泡沫。

發明內容

本發明提供了一種硫摻雜石墨烯泡沫及其制備方法和處理污水的方法，以解決上述問題。

本發明是這樣實現的：

本申請提供一種硫摻雜石墨烯泡沫，包括質量比為15-40％的單質硫，其余為以碳碳鍵和碳氧鍵相結合的碳原子和氧原子，所述碳原子和所述氧原子的質量比為100:80～100:15；所述硫摻雜石墨烯泡沫呈海綿狀。

本申請還提供一種硫摻雜石墨烯泡沫的制備方法，所述方法包括以下步驟：

a.氧化石墨烯的制備：將適量石墨粉預氧化得到預處理石墨，然后將預處理石墨處理得到氧化石墨烯；

b.硫摻雜石墨烯泡沫的制備：采用水熱法反應，氧化石墨烯在硫摻雜劑的還原作用下自組裝成泡沫結構，獲得硫摻雜石墨烯泡沫。

優選的，所述步驟b包括：

c.將氧化石墨烯溶液與硫摻雜劑溶液按照溶質質量比為1:10-10:1混合均勻；

d.將混合物加入高壓反應釜中，控制反應溫度120-200℃、反應時間3-24h，水熱還原生長；

e.將步驟d所得產物洗滌，-80～-10℃冷凍，然后再-60～-40℃、2～10Pa條件下冷凍干燥6-24h，得到硫摻雜石墨烯泡沫。

優選的，所述步驟a包括：

f.石墨預氧化：將適量石墨粉、過硫酸鉀、五氧化二磷加入濃硫酸中，水浴條件下反應，冷卻至室溫后加去離子水稀釋、靜置、抽濾、洗滌、干燥，獲得預處理石墨；

g.氧化石墨烯制備：將所述預處理石墨加入到濃硫酸中，在攪拌條件下，依次加入高錳酸鉀、去離子水、過氧化氫，然后用稀鹽酸洗滌，抽濾得到氧化石墨；將所述氧化石墨用二次水透析，然后配置成氧化石墨水溶液，超聲處理得到氧化石墨烯溶液。

優選的，所述氧化石墨烯溶液為未調節pH和離子強度的單分散氧化石墨烯分散液；所述硫摻雜劑采用的是含巰基的小分子化合物，選自半胱氨酸、胱氨酸、巰基乙酸、巰基乙醇和巰基丙酸的一種或多種；所述洗滌劑選自水、乙醇、丙酮的一種。

優選的所述硫摻雜石墨烯泡沫的制備方法還可以包括二次還原步驟：取所述硫摻雜石墨烯泡沫，加入還原劑水溶液，70-90℃反應3-24h，洗滌，-80～-10℃冷凍，然后再-60～-40℃、2～10Pa條件下冷凍干燥6-24h獲得產品。