[發明專利]氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料及其制備方法和應用有效

申請號：	201510420663.3	申請日：	2015-07-16
公開（公告）號：	CN105056897B	公開（公告）日：	2017-06-23
發明（設計）人：	劉俊鋒;梁婕;袁興中;曾光明;董浩然;武海鵬;張長	申請（專利權）人：	湖南大學
主分類號：	B01J20/24	分類號：	B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
代理公司：	湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008	代理人：	趙洪,黃藝平
地址：	410082 湖南省長沙***	國省代碼：	湖南;43
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摘要：
搜索關鍵詞：	氧化石墨修飾生物復合材料及其制備方法應用
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種材料和環境領域，具體涉及到一種氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料及其制備方法，還涉及氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料在處理水體中Pb²⁺的應用。

背景技術

近年來，隨著經濟的高速發展，工農業領域化學試劑的大量使用，使我國大部分地表水和地下水受到了不同程度的污染，其污染物包括重金屬和有機物等。如果受污染的水體不加處理或處理不當，就會對公共健康和生態環境造成嚴重的危害。比如：重金屬鉛離子(II)不僅能夠廣泛存在于土壤中和地表水的水體中，還能夠在地下水中循環。可以引起腎臟，中樞神經，生殖系統，肝臟和生殖系統的嚴重損害。

目前處理污染水體的方法主要有過濾，生物吸附，化學沉淀法，電沉積，膜系統，離子交換等。與其他方法相比，吸附法因其操作方便、吸附劑的種類多樣、運行成本低、效率高、設計靈活、容易再生、處理的廢水適于回收利用等優勢而成為一個應用廣泛且高效的處理方法。近幾年來，在用吸附法治理環境中，具有工程材料特征的生物炭和生物炭復合材料得到了一定程度的應用。生物炭可以由各種各樣的生物質材料制備得到，包括農業、林業等產生的剩余物，在無氧的條件下熱解得到。生物炭可以廣泛應用于廢水的處理主要是因為它具有較大的比表面積，比較密集穩定的的孔徑結構。用現有生物炭技術和新興的生物技術和納米技術結合來合成新的環境友好型，經濟適用型的生物炭復合材料，近年來得到了廣泛的關注。以前的研究中已經用厭氧顆粒污泥，納米零價鐵，磁性氧化鐵，碳納米管，AlOOH，粘土，鎂，氧化鎂納米片，MnO_x和生物炭的復合合成生物炭復合材料。這些復合材料都具有良好的物理性能，并且對污染物質具有較大的吸附容量和吸附效率。

石墨烯的物理化學結構與富勒烯非常相似，但石墨烯具有價格低，可以作為涂層劑和包裝劑來合成新的雜種納米復合材料的優勢。以前的研究中已經成功合成石墨烯包裹二氧化鈦，石墨烯/碳納米管，磁性石墨烯復合材料，并且能夠高效的去除水體中的芳香族化合物和重金屬的去除。Zhang通過1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽合成了石墨烯生物炭復合材料，并且研究了從廢水中去除亞甲基藍的可能性。上述石墨烯-生物炭復合材料雖然成功合成，但是其合成的復合材料的尺寸比較大，并不能形成納米級的合成材料，同時沒有系統的研究對亞甲基藍去除的影響，特別是沒有研究用這種復合材料去除污染水體中重金屬的過程。

雖然生物炭復合材料在環境領域應用已經取得了一定的研究成果，但是較系統的研究生物炭復合材料在環境中的應用還處于剛剛起步階段，特別是工程生物炭的制備和應用，還沒有得到應有的研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種吸附容量大、吸附效率高的氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料。還提供了一種合成方法簡單，材料易得，能夠大規模生產和應用的氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料，可大規模應用于去除水體中Pb²⁺。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方法：

一種氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料，包括氧化石墨烯，生物炭和殼聚糖，所述氧化石墨烯通過殼聚糖粘結在生物炭上形成支架結構。

上述的氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料，優選的，殼聚糖在氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料中的質量百分含量為15％左右。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種上述的氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、制備生物炭；

S2、把殼聚糖溶解在乙酸溶液中形成殼聚糖乙酸混合溶液；

S3、將殼聚糖乙酸混合溶液與氧化石墨烯混合形成殼聚糖/氧化石墨烯混合溶液；

S4、把步驟S1制備得到的生物炭加入到步驟S3制備的殼聚糖/氧化石墨烯混合溶液混合得到氧化石墨烯修飾的生物炭復合材料。

上述的制備方法，優選的，所述步驟S1中所述生物炭采用將樟木鋸屑在氮氣氛圍下熱解制備得到。