[發明專利]吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制備方法和吸附方法

有效

• 申請號: 201610127502.X
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105688813B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 顏紅俠;劉超;顧斌;丁凡;呂青
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/04;C02F1/28
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制備方法和吸附方法，首先在超聲作用下通過共沉淀法將球狀的四氧化三鐵(Fe₃O₄)磁性納米球負載到氧化石墨烯(GO)表面，制備出四氧化三鐵負載的氧化石墨烯(Fe₃O₄?GO)。利用水合肼對Fe₃O₄?GO進行還原，制備負載Fe₃O₄的石墨烯(Fe₃O₄?GNS)。采用共聚沉淀法在四氧化三鐵表面包覆一層含活性端氨基的聚磷腈(PZD)，制備出聚磷腈包覆四氧化三鐵負載的石墨烯(PZD@Fe₃O₄?GNS)。在PZD@Fe₃O₄?GNS表面沉積上一層氧化鑭(La₂O₃)納米粒子，制備La₂O₃?PZD@Fe₃O₄?GNS四元納米粒子。本發明制備條件溫和、操作簡單、產物分離簡單，所得的產品對磷酸根粒子表現出優異的吸附性能，對生態環境無污染，在高效快速處理大面積水域磷污染以及資源回收再利用方面具有非常廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于環境功能材料和污水處理技術領域，尤其涉及一種吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制備方法和吸附方法。

背景技術

磷是生物體的必須營養元素，但同時也是水體富營養化的主要因素。水體富營養化已經成為當今世界一個非常嚴峻的環境問題，世界上許多湖泊都曾出現過水華的現象，從而造成水中生物的大量死亡及水資源的污染。藻類以及浮游生物是形成水華的主要組成部分，其中磷是藻類生長的必須營養元素，控制水體中磷的濃度，將磷資源進行回收再利用是解決水華這一問題的根本方法。目前處理水體中磷的方法包括生物法、化學法和吸附法等。其中吸附法以其操作簡單方便、成本低廉等優點成為目前最常用來處理水體的方法。影響吸附法處理效率的關鍵因素是吸附材料，因此發展一種制備方法簡單、廉價且高效的吸附材料對于水體處理至關重要。

石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆砌而成的二維蜂窩狀晶格材料，這種獨特的結構決定其具有極大的比表面積(理論比表面積高達2630m²/g),同時其獨特的π-π結構決定其具有非常優異的吸附性能。石墨烯的制備原材料為價格低廉易得的石墨，因而石墨烯勢必會成為未來發展中高性能吸附材料的新寵。

然而，石墨烯獨特的組成結構決定其片層間具有較強的范德華力，因而極易疊加或聚集，可用于解決其吸附材料和被吸附物難回收再利用的問題，從而滿足其在環境功能材料及污水處理等領域的應用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制備方法和吸附方法，將具有較高比表面積和超順磁性的納米四氧化三鐵(Fe₃O₄)負載到石墨烯表面，制備出負載Fe₃O₄的石墨烯(Fe₃O₄-GNS)。該方法在解決石墨烯片層易疊加或聚集問題的同時，能夠在高效、選擇性處理水體或有機溶劑中磷的同時，又能夠方便快捷的回收被吸附的磷資源并對其進行回收再利用。從而實現了吸附材料的選擇性、高效水處理及資源回收等目標，從根本上解決水華這一問題。

技術方案

一種吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料，其特征在于組份為納米氧化鑭、聚磷腈、納米四氧化三鐵和石墨烯組成的四元納米粒子；各組份的質量比例為納米氧化鑭︰聚磷腈︰納米四氧化三鐵︰石墨烯為1～10︰2～40︰0.5～10︰1。

采用碳納米管、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米氧化鋁、納米氧化銀、納米二氧化硅、納米氧化鋯、納米氧化鋅、POSS或羥基磷灰石取代所述納米氧化鑭。