[發(fā)明專(zhuān)利]一種泡沫狀三維立體氧化石墨烯的制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910368381.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110104641B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳哲;王維雪;王蘇菲;黃強(qiáng);張一飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/198
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/198;C02F1/28
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明公開(kāi)了屬于酚類(lèi)污染水體修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域的一種泡沫狀三維立體氧化石墨烯的制備方法和應(yīng)用。該制備方法包括以葡萄糖、氯化銨為原料，依次在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化、在氧化性氣氛下進(jìn)行煅燒，制得泡沫狀三維立體氧化石墨烯的步驟。制得的泡沫狀三維立體氧化石墨烯對(duì)酚類(lèi)有機(jī)污染物的飽和吸附容量?jī)?yōu)異、去除速度快且再生循環(huán)吸附性能好，本發(fā)明制備方法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備無(wú)特殊性要求，產(chǎn)品穩(wěn)定性好、效率高，適用于實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于酚類(lèi)污染水體修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種泡沫狀三維立體氧化石墨烯的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

酚類(lèi)化合物廣泛存在于樹(shù)脂制造、石化、煉油廠、造紙、煉焦、煉鐵等化工行業(yè)，是造成近年來(lái)水質(zhì)惡化的一類(lèi)重要有機(jī)污染物。它們是一種易離子化帶有苯環(huán)的有機(jī)物，在水體中隨環(huán)境pH值的改變以非離子化或離子化的形式存在。酚類(lèi)有機(jī)污染水體的治理一直以來(lái)都是水質(zhì)凈化難題之一，并且其在低濃度下對(duì)人體及動(dòng)物健康存在巨大潛在風(fēng)險(xiǎn)，已被大多數(shù)國(guó)家環(huán)保部門(mén)列為重點(diǎn)治理對(duì)象。其處理方法目前主要有催化降解、微生物代謝、吸附處理、反滲透、高級(jí)氧化工藝、臭氧處理、膜生物反應(yīng)器等等。其中，吸附過(guò)程是最基礎(chǔ)和重要的過(guò)程，吸附過(guò)程不僅僅針對(duì)目標(biāo)污染物的富集，并且與污染物在固液界面的行為變化規(guī)律密切相關(guān)，進(jìn)而影響后續(xù)處理進(jìn)程和效果。傳統(tǒng)用于酚類(lèi)污染治理的吸附劑，如活性炭、合成樹(shù)脂、天然吸附劑等具有成本昂貴、合成條件苛刻、性能不佳等多種缺點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異成本低廉的吸附劑具有重要意義。

氧化石墨烯(GO)及其衍生物的蓬勃發(fā)展為酚類(lèi)有機(jī)物的吸附處理帶來(lái)了前景，其豐富的含氧官能團(tuán)及大面積二維共軛結(jié)構(gòu)為吸附提供了大量反應(yīng)活性位點(diǎn)。然而由于其共軛結(jié)構(gòu)引起的范德華力不可避免造成了片層間的堆疊和團(tuán)聚，從而使活性反應(yīng)位點(diǎn)大大減少，因此三維立體結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯(3D GO)應(yīng)運(yùn)而生。3D GO具有完美的空間連貫性，其將二維GO平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的立體支撐，不僅擴(kuò)大了相對(duì)比表面積并且其豐富的空隙結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更多的結(jié)構(gòu)缺陷。因此有利于反應(yīng)中的流體進(jìn)行傳質(zhì)，同時(shí)還可以提供與活性位點(diǎn)更多的接觸機(jī)會(huì)。

構(gòu)建三維石墨烯框架的方法有多種，如Chen等人采用模板法化學(xué)氣相沉積合成了泡沫狀網(wǎng)絡(luò)石墨烯；Xu等采用一步熱液法制備了自組裝石墨烯水凝膠；Choi等利用球狀聚苯乙烯為模板制備了大孔三維石墨烯。然而這些方法常需要在嚴(yán)苛的反應(yīng)條件下才能進(jìn)行，并且后處理過(guò)程中需進(jìn)行模板的刻蝕，這無(wú)疑限制了三維石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)石墨的氧化過(guò)程極其復(fù)雜，主要有Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法等等，其中Hummers法最常見(jiàn)。該方法利用強(qiáng)氧化劑高錳酸鉀和濃硫酸，制備過(guò)程具有一定的危險(xiǎn)性。因此開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的氧化方法構(gòu)建3D GO具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種泡沫狀三維立體氧化石墨烯的制備方法和應(yīng)用，具體技術(shù)方案如下：

一種泡沫狀三維立體氧化石墨烯的制備方法，包括以葡萄糖、氯化銨為原料，依次在惰性氣氛下進(jìn)行高溫碳化、在氧化性氣氛下進(jìn)行煅燒，制得泡沫狀三維立體氧化石墨烯的步驟。

所述葡萄糖與氯化銨質(zhì)量配比為1:1～1:5。

所述惰性氣氛為氬氣、氮?dú)饣蚝猓凰龈邷靥蓟磻?yīng)的升溫過(guò)程為：從室溫以4℃/min升溫至250℃保持1小時(shí)，然后繼續(xù)升溫至900℃，并保持3～6小時(shí)。

所述氧化性氣氛為空氣、氧氣；所述煅燒溫度為150℃-450℃，煅燒時(shí)間為6～10小時(shí)。

以泡沫狀三維立體氧化石墨烯總質(zhì)量計(jì)，所述制備方法制備的泡沫狀三維立體氧化石墨烯包括75.0-85.0wt.％碳、12.0-20.0wt.％氧、3.0-5.0wt.％氮三種元素；所述泡沫狀三維立體氧化石墨烯為內(nèi)含微孔結(jié)構(gòu)的泡沫狀三維立體支撐結(jié)構(gòu)。

所述泡沫狀三維立體氧化石墨烯的應(yīng)用為，以所述泡沫狀三維立體氧化石墨烯為吸附劑，將吸附劑置于待吸附液中，用于吸附待吸附液中的酚類(lèi)有機(jī)污染物。