[發明專利]一種鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201910751525.1
• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN110523375A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 景旋;汪云云;楊心硯;蔣銀花;閆永勝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于材料制備技術和分離技術領域，公開了一種鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜的制備方法及應用。本發明以氧化石墨烯、四甲氧基硅烷(TMOS)、天然生物質纖維素納米晶(CNCs)共混，利用酸洗法和煅燒法將還原氧化石墨烯引入大介孔二氧化硅膜中，以提高大介孔二氧化硅膜的機械性能，之后引入氧化鑭獲得鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜。實驗對水體中的磷酸根進行吸附，獲得高吸附容量。本發明的優點：制備的膜材料具有較大的介孔孔徑(大于20nm)，吸附速率較快；在環境水體中，具有較好的吸附效率；與純硅膜相比，機械性能有了很大的改善；膜材料易于回收，便于連續操作。

技術領域

本發明屬于材料制備和分離技術領域，涉及一種鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜的制備方法及吸附分離磷應用。

背景技術

我國是一個淡水資源比較缺乏的國家，淡水污染也比較嚴重，其中磷污染最為突出。隨著國家的農業不斷發展，農藥的使用越來越頻繁，特別是有機含磷農藥的使用。還有含磷化工廠的數量也越來越多。大量農藥中的磷富集在田間地頭、大量未經處理的工廠廢水和市民生活廢水流入自然水體中，已經導致了全國多個湖泊出現富營養化現象。對人們的生活已經造成了一定程度上的影響。面對這樣的嚴峻問題，如何降低水體中的磷含量是值得研究者們研究的。除去水體中的磷富集辦法還是比較多的，可以利用化學作用是其沉淀后除去、也可以利用膜技術過濾除去、利用吸附劑吸附磷而除去等。吸附法由于除磷效率高、少量吸附劑即可吸附大量磷元素、并且具有可重復使用性等優點，相比于其他方法而言具有更大的市場應用價值而受許多研究者的青睞。因此，尋求處理水體中磷酸根的吸附劑成為當前一大研究熱點。

介孔二氧化硅膜材料屬于常見的吸附劑的基底材料，其具有較大的比表面積、出色的吸附能力、優秀的熱穩定性等諸多優點，在分離、吸附和催化等領域有著很大的應用。有序孔道結構和表面基團可官能化等諸多特性而受到了研究者們廣泛的關注，成為了功能材料方面研究的熱點。先前的相關研究還發現了改性介孔二氧化硅膜材料對水體中的磷酸鹽有著出色的吸附能力。而將二氧化硅材料制成薄膜來吸附水體中的磷酸鹽的相關報道還很少。

發明內容

本發明是一種對磷酸根離子具有較大吸附容量的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜的制備方法，以正硅酸四甲酯、生物質材料纖維素納米晶(CNCs)和氧化石墨烯共混，獲得復合膜，利用酸洗法去除纖維素納米晶模板，后在氮氣氛圍下，還原氧化石墨烯的同時將氧化鑭負載于大介孔硅膜表面，獲得的硅膜吸附劑可應用于水體磷污染的治理。一種鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔薄膜的制備方法，步驟如下：

步驟1：稱取氧化石墨烯置于一定量的去離子水中，超聲4h，制備出氧化石墨烯溶液，將一定體積的8wt％的纖維素納米晶懸浮液加入上述氧化石墨烯溶液中繼續超聲，后在室溫下磁子攪拌使其混合均勻。接著滴加正硅酸四甲酯(TMOS)于上述溶液中，繼續磁力攪拌數小時，將獲得的混合溶液倒入聚四氟乙烯培養皿中，在室溫下烘干等待數日，得到手性向列的氧化石墨烯/二氧化硅/纖維素納米晶薄膜A；

步驟2：將步驟1中得到的氧化石墨烯/二氧化硅/纖維素納米晶薄膜A置于50wt％的硫酸溶液中，90℃水浴浸泡7～11天，獲得氧化石墨烯/二氧化硅大介孔薄膜B；

步驟3：將步驟2中獲得的氧化石墨烯/二氧化硅大介孔薄膜B置于含有一定量的六水合硝酸鑭的乙醇溶液中，70℃水熱振蕩30h，后85℃烘干；

步驟4：取出步驟3中的薄膜置于氮氣氛圍下的管式爐中煅燒，獲得鑭改性的還原氧化石墨烯/二氧化硅大介孔膜C。

步驟1中，氧化石墨烯、去離子水、8wt％的纖維素納米晶、正硅酸四甲酯的用量比為40～400mg：71.87～93.18mL：56.82～78.13mL：6～12mL。

步驟3中，氧化石墨烯/二氧化硅大介孔薄膜B、乙醇、六水合硝酸鑭的用量比為2.5g：250mL：0.8～5g。