[發明專利]一種石墨烯炭過濾材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610112009.0
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105709498A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 李海濤;包丹丹;劉迎亞;渠陸陸
• 申請（專利權）人: 徐州深藍新材料科技有限公司
• 主分類號: B01D39/06
• 分類號: B01D39/06;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所 32225
• 代理人: 孫彬

技術領域

本發明涉及一種石墨烯炭過濾材料及其制備方法。

背景技術

抗生素的濫用成為當下一大難題，衛生部有關專家更是發出“抗生素毀掉中國一代人”的警示，因為我國普遍抗生素用量較大，且在不少地方，地表水體也成為抗生素的載體，倘若不能改變濫用抗生素的問題，賴以生存的水資源遲早會成為奪命之水。而最近的一份學術報告稱，在對我國地表水的檢測當中發現68種抗生素，且濃度較高。我國大部分地區的飲用水源均為地下水，目前現有的水處理技術無法徹底清除水中抗生素，因此，地表水含抗生素的危害不可小視。雖然檢測出的抗生素只有痕量水平，但是長期飲用仍會影響人體免疫系統，降低機體免疫力，形成耐藥抗藥體質，同時微量的抗生素可能影響人體腸道細菌平衡。且部分抗生素具有毒性，會損害人的肝、腎、神經系統等。此外，抗生素長期高濃度存在于地表水中，會對地表微生物鏈起到殺傷作用，最終威脅自然生態環境。因此，如何去除地表水中的抗生素，保證人們日常飲用水的衛生安全成為當前亟需解決的問題。人類進行水處理的方式已經有相當多年歷史，物理方法包括利用各種孔徑大小不同的濾材，利用吸附或阻隔方式，將水中的雜質排除在外。活性炭是吸附方式中較重要的材料，具有吸附性能良好、化學穩定性強、耐高溫水浸、用法靈活多變，費用低廉等優勢，在水處理中的應用已從最初的去除水中的臭味發展到處理一系列特定的有機污染物，例如氯化有機物、脂肪族和芳香族碳水化合物、消毒副產物前體物等。而阻隔方法則是將水通過濾材，讓體積較大的雜質無法通過，進而獲得較為干凈的水。因此，合理利用活性炭設計出一種能有效去除地表水中抗生素的過濾材料及設備，使其同時兼備吸附與阻隔方式的過濾效果迫在眉睫。對此，我們利用氧化石墨烯改性碳材料，合成了一種針對水中抗生素過濾的碳膜，對其合成條件進行了優化，根據抗生素過濾前后的濃度計算發現，我們發現，我們合成的碳膜可以有效去除99%以上的抗生素。但有些分子太小的抗生素，普通活性炭難以濾除。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種石墨烯炭過濾材料及其制備方法，作過程簡單、機械性能強，適用于水中多種小分子及雜質的過濾，特別是對抗生素的過濾具有獨特的優勢。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種石墨烯炭過濾材料，包括果殼活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨烯。

石墨烯炭過濾材料的制備方法，括以下步驟：稱取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯與水的質量比為250:1，攪拌30min，超聲30min，重復兩次后烘干。所述的氧化石墨烯分散液的片徑小于500nm。

所述的攪拌時選用的溫度為50-80攝氏度，轉速為700rpm。所述的攪拌時間為15-60min，超聲時間為15-30min。

上述的石墨烯炭過濾材料的在水體中抗生素檢測方面的應用。

本發明的有益效果是：活性炭過濾是將水中懸浮狀態的污染物進行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大

而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現為過濾能力增強，納污能力增加，截污量增大。同時，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發揮截留作用，機組截污量增加。嚴格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。活性炭經過活化后碳晶格形成形狀和大小不一的發達細孔，大大增加比表面積，提高吸附能力。活性炭的細孔有效半徑一般為1-10000nm，孔容積一般為1-1.5mL/g，通過精確地理論計算，選舉片徑小于500nm的氧化石墨烯分散液，通過一種特殊的物理技術，把氧化石墨烯分散液送入活性炭的細孔并附椎在內表面上，達到增加過濾材料的比表面積，改善過濾效果。基于這部分氧化石墨烯的工作，成功開發出了一種石墨烯炭分子篩，它有著輕薄，穩定，耐熱，比表面積大等特性，尤其是一種特殊的的優點：它是炭，對人體無害。與同樣重量的活性炭比較吸附性提高8倍，對它的民用開發將會帶來大量的市場收益。潛在產品包括防霧霾口罩、帽子以及紗窗等。同時，這種石墨烯炭分子篩新材料還可用于空氣凈化器以及汽車換氣系統中濾膜的開發。其次，這種石墨烯改性碳材料合成一種復合膜，可有效去除飲用水中抗生素。

附圖說明

圖1是柱狀活性炭吸附性能圖。

圖2是炭分子篩吸附效率隨著GO體積變換的變化；

圖3為純柱狀活性炭SEM圖；