[發明專利]氧化石墨烯-介孔硅表面六價鉻印跡材料的合成及在水處理中應用的方法

有效

• 申請號: 201711231753.3
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108246265B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 馬曉國;黃仁峰;李歆;郭麗慧;謝曉紋;張夢圓;李景
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
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本發明屬于水處理領域的新材料及應用，具體涉及六價鉻離子印跡聚合物的制備及在處理水中六價鉻中的應用。傳統六價鉻吸附材料吸附容量低、選擇性差、時間長、難以重復利用，為此，本發明制備了一種高效處理水中六價鉻的新材料。制備方法為：用改進的Hummer法制備氧化石墨烯，再將介孔硅負載在氧化石墨烯表面，得到比表面積約為780m²/g的氧化石墨烯?介孔硅復合物(GO?MS)。以GO?MS為載體，六價鉻離子為模板，3?(2?氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷為功能單體和交聯劑，室溫下進行溶膠?凝膠反應，以氫氧化鈉溶液洗脫產物中的六價鉻，然后真空干燥。該材料能選擇性吸附六價鉻，30min達到吸附平衡，吸附容量達438mg/g，可重復利用5次。

技術領域

本發明屬于新型環境功能材料和水處理新技術領域，具體涉及一種氧化石墨烯-介孔硅表面六價鉻印跡材料的合成及其在水處理中應用的方法。

背景技術

鉻及其化合物廣泛用于電鍍、冶金、制革、金屬加工等行業，因而這些行業排放的工業廢水中含有大量鉻化合物，尤其是六價鉻。鉻是典型的重金屬元素，六價鉻具有較強的致癌和致突變性。含Cr(VI)的廢水進入水體和土壤后，會對人體健康和生態環境造成潛在危害。因此，必須在工業廢水排放前處理其中的六價鉻。目前處理Cr(VI)的方法主要有電解法、化學還原法、離子交換法和吸附法。其中，吸附法具有操作簡單、較為經濟、效率高等優點。吸附劑有活性炭、沸石、殼聚糖等，以活性炭最為常用。但活性炭材料比較昂貴，且吸附時間長、選擇性差，不利于六價鉻的回收。因此，有必要開發用于Cr(VI)吸附去除的新型材料，以克服現有材料存在的種種弊端。

離子印跡聚合物是在分子印跡聚合物的基礎上發展起來的一類具有特定識別位點的材料，其在官能團作用、形狀和大小方面與模板離子相匹配，因而可對該種離子產生選擇性吸附。傳統印跡技術如本體聚合法制備的離子印跡材料吸附效率普遍不高，且平衡時間長，難以洗脫。近年來發展起來的表面印跡技術可以提高印跡材料對模板離子的結合能力，并加快傳質速率。由于表面離子印跡聚合物的結合能力在很大程度上取決于載體的表面積，所以選擇具有較大表面積的材料來制備離子印跡聚合物能夠獲得較高的吸附容量。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化產物，為層狀平面結構，含有大量的含氧官能團(如羥基、環氧基和羧基)，并擁有大的表面積。大量研究表明，使用多孔材料是提高吸附性能的有效途徑，其中，有序介孔材料如介孔二氧化硅以其表面積大等優點在分離領域受到了廣泛關注。因此，在GO表面負載介孔硅形成的復合材料將具有很大的比表面積和良好的親水性能。以氧化石墨烯-介孔硅復合材料為基體，進行表面離子印跡，可增加吸附位點數，提高其對重金屬離子的選擇性吸附能力。

發明內容

本發明的目的是針對現有材料存在的若干問題，開發一種吸附容量大、選擇性高、平衡時間短、處理成本低的用于Cr(VI)吸附去除的新型材料和相應的水處理技術。為此，以氧化石墨烯-介孔硅納米復合物為基體，3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AAPTS)為功能單體和交聯劑，Cr(VI)為模板，通過溶膠-凝膠反應，合成了具有高選擇性和大吸附容量的氧化石墨烯-介孔硅表面六價鉻印跡材料。以該材料作為吸附劑，實現了對含鉻水樣中Cr(VI) 的高效、快速吸附去除，并可回收利用Cr(VI)。

本發明所采用的技術方案是：

一種氧化石墨烯-介孔硅表面六價鉻印跡材料的合成方法，包括以下步驟：

(1)稱取3g鱗片石墨與18g高錳酸鉀，攪拌混勻，在冰水浴中強烈攪拌下，緩慢加入400mL體積比為9∶1的濃硫酸與磷酸混合液。攪拌反應1h，控制反應液溫度不超過20℃。然后除去冰浴，將混合液轉移至50℃的恒溫水浴鍋內，攪拌反應8h。之后將混合液緩慢加入400mL冰水中，并轉移至90℃恒溫油浴鍋內保持30min。反應結束后，放置冷卻至室溫，倒入等體積的超純水中，并往其中滴加雙氧水至無氣泡生成。靜置沉降，棄去上清液，用去離子水、無水乙醇分別洗滌3次后，70℃真空干燥，得氧化石墨烯(GO)。