[發明專利]利用茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料處理重金屬廢水的方法

有效

• 申請號: 201710561241.7
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107185502B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 李志剛;劉智峰;曾光明;鐘華;邵彬彬;劉玉杰;蔣藝林;吳志斌;劉洋;袁興中
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;C02F1/28;B01J20/30;B01J20/28;C02F101/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張鮮

本發明公開了一種利用茶皂素?還原氧化石墨烯復合材料處理重金屬廢水的方法，包括以下步驟：在重金屬廢水中加入茶皂素?還原氧化石墨烯復合材料，置于恒溫水浴鍋中振蕩1h～2h，振蕩溫度為20～30℃，振蕩速率為170rpm～190rpm，完成對重金屬廢水的處理；所述茶皂素?還原氧化石墨烯復合材料為茶皂素吸附于還原氧化石墨烯表面，并與還原氧化石墨烯以化學鍵方式結合形成的具有光滑表面的層狀多孔納米結構。該處理方法具有與處理效果好、吸附過程無二次污染，易于固液分離等優點。

技術領域

本發明屬于重金屬廢水處理技術領域，尤其涉及一種利用茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料處理重金屬廢水的方法。

背景技術

重金屬毒性與水生生物、人類和環境息息相關，因此水中的重金屬污染已引起了人們的廣泛關注。鎘（Cd²⁺）是工業中常用的金屬，其主要污染來自于冶金、機械、采礦和電鍍工業等部門的廢水排放。鎘及其化合物均具有很強的毒性，能影響人的腎功能，造成骨質疏松、骨骼變形、骨痛，甚至致癌，而且鎘對植物和動物的生長和繁殖也有較大的危害。廢水中的鎘一般采用沉淀法去除，此外，絮凝法、離子交換法、吸附法、電滲析法等都可以用來去除廢水中的鎘。吸附法具有簡單方便、選擇性好、能回收有價值金屬的優點，尤其適用于去除低濃度重金屬離子，因而倍受歡迎。但由于吸附劑的價格高制約了大規模應用，因此研究新型廉價高吸附容量的吸附材料是今后重金屬廢水處理研究的重點。

近年來，石墨烯及其復合材料由于其良好的性能和巨大的比表面積，被認為是一種具有良好前景的吸附劑。氧化石墨烯（GO）除保持石墨烯巨大的比表面積外，在六元碳環上還引入了大量如環氧基、羥基和羧基等帶電負性的含氧官能團，通過靜電吸附能夠有效的吸附金屬陽離子。然而，氧化石墨烯由于較強的親水性而導致易團聚和難分離，殘留的氧化石墨烯進入人體后又很難被腎臟排出，因此會誘發肺肉芽腫等疾病。目前的做法是將氧化石墨烯還原，減少表面官能團以增進其分離性能。目前，國內外已有關于還原氧化石墨烯與其復合材料的研究，然而運用于重金屬廢水的處理過程中，均存在吸附量低，處理效果不佳，生物毒性大等缺陷。

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，提供一種處理效果好、吸附過程無二次污染，易于固液分離的利用茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料處理重金屬廢水的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種利用茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料處理重金屬廢水的方法，包括以下步驟：

在重金屬廢水中加入茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料，置于恒溫水浴鍋中振蕩1h～2h，振蕩溫度為20～30℃，振蕩速率為170rpm～190rpm，完成對重金屬廢水的處理；

所述茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料為茶皂素吸附于還原氧化石墨烯表面，并與還原氧化石墨烯以化學鍵方式結合形成的具有光滑表面的層狀多孔納米結構。

本發明的創新點在于：

茶皂素含有大量的含氧官能團，理論上是一種理想的重金屬離子吸附材料。但是由于茶皂素易溶于水，（溶解性為30mg/mL，H₂O），因而限制了其在重金屬廢水處理中的應用。本發明在還原氧化石墨烯復合材料的研究中無意發現，通過一定的方法使茶皂素與還原氧化石墨烯化學結合后，由于化學結構改變，還原氧化石墨烯表面結合的茶皂素不溶于水；由于茶皂素本身大量非毒性的羥基、羰基等含氧官能團的引入，所形成的茶皂素-還原氧化石墨烯復合材料對廢水中金屬陽離子的吸附能力較單一的還原氧化石墨烯大大提高，且實踐表明，也遠高于現有的改性還原氧化石墨烯復合材料、及氧化石墨烯對金屬陽離子的吸附能力。并且，由于本發明的原料之一為還原氧化石墨烯，較氧化石墨烯而言，具有生物毒性的表面羧基及羥基大大減少，且不易團聚，因而吸附過程無二次污染，易于固液分離。