[發明專利]一種具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810132723.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108295811B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 楊朕;周夏;楊維本;姚娜;朱瀟逸;王悅;王琳
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種具有板?刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑及其制備方法和應用，該吸附劑其是由氧化石墨烯和四氧化三鐵磁性粒子結合所形成的磁性氧化石墨烯作為“板”結構，表面接枝含苯環的有機高分子單體作為“刷”結構，所形成的具有板?刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑。相對于現有技術，本發明合成的具有板?刷結構的磁性氧化石墨烯吸附劑具有可重復使用，易分離，有較高的抗鹽離子性，對于水中藥物有機污染物，例如諾氟沙星和泰樂菌素的吸附效果優良。

技術領域

本發明涉及一種具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑及其制備方法和應用，屬于吸附劑技術領域。

背景技術

水是人類生產和生活必不可少的自然資源，但日益嚴重的環境污染導致河流、湖泊、水庫被嚴重污染，飲用水源地污染更是直接威脅著人類的身體健康。有機污染物是當今水環境污染的主要根源，也是近年來水處理領域的研究重點與難點。新興有機污染物種類豐富，如藥物及個人護膚品PPCPs等。我國是藥物生產和使用大國，消毒副產物DBPs、消炎藥、抗癲癇藥和β受體阻滯劑等，廣泛用于人畜的疾病預防與治療中。而研究表明大部分藥物被攝入體內后不能被完全降解，直接以原型或其代謝物形式排入生態系統中，最終藥物在地表水、地下水中的濃度可達ng/L至μg/L。藥物及其代謝產物都具有生物活性，而且長期暴露在低濃度抗生素水體的細菌會產生耐藥性。藥物積累以及其代謝或轉型產物是否會對生物體及生態環境有不同的危害還未可知，因此，如何有效控制藥物向自然水體中的遷移已經成為至關重要的問題。

在眾多污染物脫除方法中，吸附法因其操作的簡便性、吸附劑的可回收利用性等優勢而被廣泛應用。常用的商品化吸附劑包括石墨烯，合成高分子樹脂和生物高分子吸附劑等，它們在移除有機污染物方面具有不錯的效果。而其中石墨烯作為新型二維材料，具有極大的比表面積，經過氧化處理后，其表面擁有大量含氧官能團，因此，該類材料在污染物吸附脫除領域備受關注。已有研究合成了不同氧化程度的氧化石墨烯，并且對金屬銅離子有著高效的移除能力。雖然此類吸附劑有著一定的吸附能力，但是氧化石墨烯的功能基團數量有限，且選擇性吸附能力較弱。因此，通常采用化學改性的方法改善氧化石墨烯的性能。例如已有研究用氨基修飾氧化石墨烯，并發現其對于實際廢水中的某些金屬離子有協同吸附的作用。吸附量較之于未改性前的氧化石墨烯雖有所提升，但仍不算高，且選擇吸附能力也不強。

發明內容

發明目的：針對現有吸附劑在應用時存在無法生物降解、易造成二次污染、成本高、選擇性吸附較弱、吸附效果差等問題，本發明提供了一種具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑及其制備方法和應用。通過吸附試驗發現，合成的板-刷結構的磁性氧化石墨烯吸附劑具有可重復使用，易分離，有較高的抗鹽離子性，對于水中藥物有機污染物，例如諾氟沙星和泰樂菌素的吸附效果優良。

技術方案：為了達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑，其是由氧化石墨烯和四氧化三鐵磁性粒子結合所形成的磁性氧化石墨烯作為“板”結構，表面接枝含苯環的有機高分子單體作為“刷”結構，所形成的具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑。

該吸附劑的基本結構式如圖1所示，優選，式中R為：

所述含苯環的有機高分子單體為含有苯乙烯單元的有機高分子單體。

所述含有苯乙烯單元的有機高分子單體為聚對乙烯基芐基三甲基氯化銨、聚苯乙烯或聚對苯乙烯磺酸鈉。

利用高溫灼燒技術進行定量分析，所述吸附劑中四氧化三鐵與其他組分(包含高分子接枝鏈和石墨烯基體)的質量比為(0.12～0.47):1，高分子接枝鏈與石墨烯基體的質量比為1:(1.06～3.32)。

所述具有板-刷結構的改性磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法，包括以下步驟：