[發(fā)明專利]一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107583624A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳榮平;勇強(qiáng);虞磊;黃曹興;賴晨歡
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;B01J13/02;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 南京申云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32274
• 代理人: 邱興天

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及石墨烯類吸附材料的合成及在水處理技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，具體涉及一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球(GA)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料廢水的違規(guī)排放造成的水體污染問題，一直以來都受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。我國每年大約有6～7噸的印染廢水排放到水體中，嚴(yán)重影響了飲用水安全，染料排放到水體中會抑制水生植物的光合作用，甚至分解生成毒性更大的芳香胺，嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。因此，研究水體中染料的去除有著很重要的環(huán)保意義。現(xiàn)在有很多種處理水體中染料的方法，比如吸附、絮凝、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化和光催化氧化等技術(shù)。吸附技術(shù)在這些技術(shù)中呈現(xiàn)了很多優(yōu)點(diǎn)，其處理速度快，污染物殘留濃度低，可回收利用，操作方便，是一種很好的處理此類廢水的方法。

吸附法的核心為吸附劑，常見的吸附劑包括活性炭、離子交換樹脂和硅膠等，這些吸附劑有很長的應(yīng)用歷史，但存在著成本高，不易降解和容易產(chǎn)生二次污染等不足。近年來涌現(xiàn)出天然高分子吸附劑和納米碳吸附劑以及這些材料的復(fù)合吸附劑，它們具有吸附效率高，速度快，二次污染小的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，其中納米碳吸附劑以其高比表面積，高吸附效率尤為受人關(guān)注。石墨烯是一種性能優(yōu)異的納米碳材料，其化學(xué)前體氧化石墨烯(GO)由于具有高的比表面積和豐富的官能團(tuán)等特點(diǎn)，十分有利于吸附水體中污染物，但由于氧化石墨烯是納米材料，不方便收集和回收，因此使用起來操作不方便。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有吸附劑開發(fā)技術(shù)中存在的吸附效率低和難回收等問題，本發(fā)明的目的是提供一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球吸附劑，將吸附性能優(yōu)異的納米級氧化石墨烯用海藻酸鈉固定合成凝膠狀氧化石墨烯/海藻酸鈉微球吸附劑(GA)，此吸附材料對廢水中的陽離子染料有很高的去除效率，操作方便，且具有很高的回收利用率，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球的制備方法。本發(fā)明還有一目的是提供上述一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球的用途。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球，是直徑為2～3mm的凝膠狀小球，帶負(fù)電，氧化石墨烯、海藻酸鈉的質(zhì)量比為20～30:1～2。

所述的氧化石墨烯、海藻酸鈉的質(zhì)量比為20:1。

所述的氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球的制備方法，步驟如下：

1)取5g石墨粉和2.5g硝酸鈉，置于冰水浴中，加入115mL濃硫酸；取15g高錳酸鉀，攪拌分次加入反應(yīng)體系，控溫在30-32℃反應(yīng)；分次滴加水，并以此使體系升溫至95±3℃左右，加入50mL的30％的過氧化氫，60±2℃下反應(yīng)，反應(yīng)完成后，倒出上清液，抽濾反應(yīng)物，5％鹽酸沖洗，得產(chǎn)物氧化石墨烯；

2)配海藻酸鈉溶液，與氧化石墨烯共溶于溶液中超聲震蕩，海藻酸鈉溶液與氧化石墨烯的質(zhì)量比為20～30：1～2；

3)配2～3％氯化鈣溶液作為凝固浴，將超聲振蕩好的上述氧化石墨烯/海藻酸鈉凝膠液用針管打入凝固浴中，得到凝膠球；

4)將凝膠球置于戊二醛溶液中浸泡，超純水水洗后即得產(chǎn)物氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球。

所述的氧化石墨烯、海藻酸鈉的質(zhì)量比為20:1。

所述的氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球作為吸附劑的應(yīng)用。

所述的氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球在染料吸附中的應(yīng)用。

所述的氧化石墨烯/海藻酸鈉復(fù)合微球在水處理中的應(yīng)用。

海藻酸鈉是天然高分子材料，具有生物可降解性，生物相容性好，來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，石墨烯及其化學(xué)前體氧化石墨烯由于具有高比表面積以及表面官能團(tuán)豐富等特點(diǎn)，十分有利于吸附水體中不同污染物，是一種具有廣泛應(yīng)用潛力的新型吸附材料，本發(fā)明為了解決石墨烯類吸附材料在吸附過程中操作方便和快速分離問題，用海藻酸鈉來固定氧化石墨烯，合成氧化石墨烯和海藻酸鈉的復(fù)合微球(GA)，從而能解決石墨烯作為吸附劑在使用操作過程中的分離和收集的問題，拓寬石墨烯類材料在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的GA小球，操作使用方便，對其吸附性能研究發(fā)現(xiàn)對去除廢水中的陽離子染料方面有很高的去除效率，并且具有很高的回收利用率，因此在吸附和水處理領(lǐng)域中均具有廣泛的用途，具有很好的實(shí)用性。

附圖說明

圖1是GA的紅外譜圖；

圖2是GA的zeta電位圖；

圖3是GA對染料結(jié)晶紫吸附的pH依賴性結(jié)果圖；