[發(fā)明專利]高還原性磁性石墨烯的制備及其在Cr(VI)吸附中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510264620.0
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN104826594B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 楊海峰;侯婷
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;C02F1/62
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司31203
• 代理人: 陸林輝

技術領域

本發(fā)明屬于一種采用一步還原水熱法合成新型高還原性磁性石墨烯，用于Cr(VI)重金屬吸附，屬于納米材料及環(huán)境科學技術領域。

背景技術

石墨烯是一種具有兩維單層碳原子結構的新型材料,由于其特殊的的物理性質,如很高的電導性,良好的熱穩(wěn)定性,以及優(yōu)異的機械強度,在基礎研究和實際應用上引起了廣泛的關注和研究興趣。為了提高石墨烯的應用性,越來越多的研究將石墨烯及其衍生物和納米粒子復合。而磁性納米粒子因具有獨特的磁性質,如超順磁性,高矯頑力,低居里溫度,高磁化率等,在磁流體、數(shù)據(jù)存儲、催化、生物醫(yī)學、污染物處理等方面已有廣泛的研究和實際應用。

近來，隨著經濟的發(fā)展，重金屬對環(huán)境的污染日益嚴重，在各類重金屬中六價鉻的污染尤為嚴重。鉻有兩種價態(tài)存在，分別為三價鉻和六價鉻。六價鉻是一種對人體有害的致癌物，但在一定的情況下被還原后產生的三價鉻對人沒有危害。目前，含鉻廢水的處理方法有化學沉淀法、電解還原法、離子交換法、生物聚焦法及吸附法等。其中吸附法具有成本低、操作簡便及效率高等優(yōu)點針，但是傳統(tǒng)的吸附劑具有回收困難的缺點。因此，可回收的磁性納米顆粒的制備和應用備受關注。氧化石墨烯具有高的比表面積,表面有大量含氧基團,對重金屬離子有很好的吸附效果。但其片層柔軟,親水性強,吸附重金屬離子后不易與溶液分離。磁性氧化石墨烯材料保持了氧化石墨烯優(yōu)越的吸附性能,同時具有磁性易于分離,因此，磁性石墨烯的制備及應用備受關注。石墨稀納米復合材料的制備方法可分為溶液混合法、電化學沉積法、原位生長法。溶液混合法存在沉積的密度過低或分散不均勻等問題。電化學沉積法存在制備量較少的問題。化學還原法是合成石墨稀納米復合材料最常用的方法，操作簡便。

申請?zhí)枮镃N201210462851.9，公開號為CN102974307A的中國專利申請功能化石墨烯吸附劑及其制備方法和應用公開了一種功能化石墨烯吸附劑，其主要由石墨烯和十六烷基三甲基溴化銨組成，十六烷基三甲基溴化銨通過非共價鍵作用插入和/或鑲嵌在層狀石墨烯的邊緣或表層，其在吸附劑中的質量分數(shù)為40％～50％。該專利申請公開了功能化石墨烯吸附劑的制備方法：將氧化石墨烯分散在水中，向分散后的懸浮液中添加十六烷基三甲基溴化銨，攪拌使其反應；再向加熱后的反應體系中加入還原劑，將還原得到的黑色絮狀沉淀進行抽濾、洗滌和干燥即可。CN102974307A專利在吸附后，可能用離心方法除去吸附劑，操作不方便。

迄今為止，國內外尚未有一步還原法制備能將Cr(VI)還原為無毒Cr(III)且吸附效果好的高還原性磁性石墨烯的制備方法。所以發(fā)明一種具有對Cr(VI)高效吸附、高Cr(III)轉化率、納米顆粒穩(wěn)定的高還原性磁性石墨烯制備方法是一個迫切需要解決的重要技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種高還原性磁性石墨烯，本發(fā)明的另一目的在于提供高還原性磁性石墨烯的制備方法，以及在Cr(VI)重金屬吸附中的應用。

本發(fā)明的主要技術方案是采用一步還原水熱法合成對Cr(VI)有還原性且有吸附性的新型高還原性磁性石墨烯。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

高還原性磁性石墨烯，其制備方法按照下述步驟進行：

A、稱取氧化石墨烯和氯化亞鐵于容器中，加蒸餾水，90℃加熱30～45min，得混懸液；其中氧化石墨烯與氯化亞鐵的質量比為(40～50)：(100～120)，氧化石墨烯與蒸餾水的比為40～50：100mg/ml；

B、向上述混懸液加入0.4～0.5mol/L氫氧化鈉溶液，滴加速度1d/min，90℃加熱30～40min；其中步驟A中氧化石墨烯與氫氧化鈉溶液的比為40～50:2.5mg/mL；

C、將上述溶液室溫下冷卻，磁分離并水洗三次，真空干燥箱中干燥24h。

上述高還原性磁性石墨烯納米材料，磁性納米顆粒粒徑為40～50nm，具體制備方法如下:準確稱取40～50mg氧化石墨烯和100～120mg氯化亞鐵于250mL三口燒瓶內，加蒸餾水100mL，90℃加熱30～45min；向上述混懸液加入2.5mL 0.4～0.5mol/L氫氧化鈉溶液，滴加速度1d/min，90℃加熱30～40min；將上述混懸液室溫下冷卻，用磁鐵將磁性納米材料分離出來，并水洗三次，真空干燥箱中干燥24h。

本發(fā)明還提供了上述的高還原性磁性石墨烯在Cr(VI)吸附中的應用。

所述的應用是指，將上述的高還原性磁性石墨烯制備用于Cr(VI)重金屬吸附的材料，如吸附劑等。