[發明專利]一種高效吸附甲基橙染料的改性石墨烯及其制備方法

有效

• 申請號: 201410579948.7
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104307491B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 陳艷軍;夏元玲;王慧萍;姚榮沂;龍瑞婷;陳明
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F103/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發明涉及一種高效吸附甲基橙染料的改性石墨烯。改性石墨烯是利用非共價鍵的靜電作用將水溶性殼聚糖季銨鹽接枝到氧化石墨烯表面，在通過化學還原法將氧化石墨烯還原，同時殼聚糖季銨鹽保留在石墨烯的表面，具體為：首先將氧化石墨超聲分散在氫氧化鈉溶液中，得到氧化石墨烯分散液，然后加入到殼聚糖季銨鹽水溶液中，混合攪拌；再用氫氧化鈉溶液調節混合液的pH值，加入還原劑水合肼，加熱還原得到黑色絮狀沉淀，抽濾、洗滌和干燥。本發明制備的改性石墨烯在水中具有良好的分散性，結合殼聚糖季銨鹽的靜電作用和石墨烯巨大的比表面積的協同作用能有效除去溶液中的甲基橙，且吸附性能高、吸附穩定，提高了染料廢水處理效率。

技術領域

本發明涉及石墨烯，具體涉及一種通過殼聚糖季銨鹽的靜電作用和石墨烯巨大的比表面積的協同作用對甲基橙染料吸附性能好、穩定性好的改性石墨烯及其制備方法。

背景技術

隨著印染工業的發展，染料廢水已成為我國主要的水體污染源之一。染料廢水化學需氧量高、色度深、有機成分復雜、化學性質穩定、難降解，是較難治理的有機廢水，給人類和水生生物帶來了嚴重的危害。因此在這些含有染料的廢水排放進水體以前進行處理是至關重要的。甲基橙溶液為染料化合物的主要代表物，其在酸性和堿性條件下具有醌式和偶氮結構，是染料化合物的主體結構。目前常用的處理印染廢水的方法有物理方法和化學方法，而在這些方法中吸附法操作簡單、成本低，是一種經濟有效的方法。

殼聚糖(CS)是一種天然高分子物質，具有生物可降解性、生物相溶性、生物無毒性等特點,符合綠色環保要求，分子結構中含有大量的自由氨基和羥基，可在酸性溶液中形成高電荷密度的陽離子聚電解質，吸附廢水中的有機質。W.A.Morais等使用交聯的殼聚糖球吸附甲基橙，探討了殼聚糖球的吸附機理[Carbohydrate Research，2008，343，2489–2493]。Saha等研究了pH、甲基橙的初始濃度、吸附溫度對殼聚糖吸附甲基橙的吸附影響[Journal of Water Resource and Protection,2010,2(10),898-906]。但殼聚糖只溶于弱酸性溶液，在中性及堿性水溶液中不溶解，這大大限制了其應用。殼聚糖季銨鹽較殼聚糖而言，溶解性、生物活性、正電性和陽離子強度有所提高，常用在污水處理、給水及飲用水的凈化方面。而石墨烯是一種新型的碳納米材料，與其他形式的碳材料相比，石墨烯本身具有大的比表面積和良好的染料吸附性能，是潛在的新型吸附劑。然而石墨烯之間的范德華力使石墨烯容易團聚，在水介質和有機溶劑中的分散性比較差，這樣便阻礙了石墨烯在吸附方面的應用。如果將殼聚糖季銨鹽和石墨烯結合用作吸附劑，將為吸附劑開辟新的道路，但目前現有技術中尚未出現殼聚糖季銨鹽和石墨烯復合材料。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種高效吸附甲基橙染料的改性石墨烯及其制備方法，所述改性石墨烯是由水溶性殼聚糖季銨鹽通過簡單非共價鍵作用而獲得的，其在水溶液中具有很好的分散性，其結合殼聚糖季銨鹽的靜電作用和石墨烯巨大的比表面積的協同作用有效除去溶液中的甲基橙。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的高效吸附甲基橙染料的改性石墨烯，是將水溶性殼聚糖季銨鹽通過非共價鍵作用對石墨烯進行改性獲得的，改性后的石墨烯在pH為3～11的水溶液中都能穩定分散，在殼聚糖季銨鹽的靜電作用和石墨烯巨大的比表面積的協同作用下，改性石墨烯對甲基橙染料具有明顯的吸附效果，在吸附溫度為10～50℃時對甲基橙的吸附率為80％～98.93％。

本發明提供的高效吸附甲基橙染料的改性石墨烯，其制備方法是：先用Hummers法制備氧化石墨，然后利用非共價鍵的靜電作用將水溶性殼聚糖季銨鹽接枝到氧化石墨烯表面，再通過化學還原法將氧化石墨烯還原，同時殼聚糖季銨鹽保留在石墨烯的表面；

該改性石墨烯的具體制備步驟包括：

(1)首先通過Hummers法制備氧化石墨，再將氧化石墨加到氫氧化鈉溶液中，超聲分散后得到濃度為2～5mg/ml的氧化石墨烯分散液；