[發(fā)明專利]一種氧化石墨烯/羥基磷灰石納米線多功能吸附氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910909091.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN110496609B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣法;閆業(yè)海;李玉珍;崔健;高愛林;趙帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/28
• 分類號(hào): B01J20/28;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/14;C02F101/30;C02F101/32
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯/羥基磷灰石納米線多功能吸附氣凝膠，能實(shí)現(xiàn)各種油類/有機(jī)溶劑和水中氟離子的高效吸附。其制備包括以下步驟：(1)將GO水分散液、HAP納米線水分散液及化學(xué)還原劑混合，并攪拌、超聲使其分散均勻；(2)將共混分散液進(jìn)行輕度化學(xué)還原?冷凍融化?深度還原過程自組裝得rGO/HAP水凝膠；(3)將上述水凝膠進(jìn)行冷凍?干燥得rGO/HAP氣凝膠；(4)對(duì)上述氣凝膠進(jìn)行高溫碳化處理或者表面親水改性以實(shí)現(xiàn)不同有機(jī)溶劑或氟離子的高效吸附。其方法簡(jiǎn)單、快捷，反應(yīng)條件溫和，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能，吸附容量高，能高效處理高氟離子廢水和含不溶性油或有機(jī)溶劑廢水，并可多次重復(fù)使用，有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及吸附材料領(lǐng)域，特別涉及一種氧化石墨烯/羥基磷灰石納米線多功能吸附氣凝膠。

背景技術(shù)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口數(shù)量激增，水污染問題變得日益嚴(yán)峻，對(duì)水生生物及人體的健康造成嚴(yán)重危害，已成為影響人類生存和可持續(xù)發(fā)展的較大威脅。此外，水體污染物的種類也越來越廣泛，成分越來越復(fù)雜，除了最常見的油類(如原油等)或有機(jī)溶劑污染物之外，大量難降解的污染物(如氟離子、重金屬、農(nóng)藥、染料等)排放至水體當(dāng)中，對(duì)地表及地下水造成了嚴(yán)重的持久性的污染。如何科學(xué)高效地去除水體中的眾多污染物己經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)和工程界研究的熱點(diǎn)之一。

去除水中污染物的方法主要有吸附、過濾、生物降解及光降解等，其中吸附法具有高效、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為治理水污染的首選方法。傳統(tǒng)的吸附材料如活性炭、粘土、等吸附效率和能力較低且易造成二次污染，所以急需一種具有高吸附能力、高選擇性、優(yōu)異循環(huán)使用性的新型吸附材料。目前報(bào)道較多的三維(3D)多孔材料如聚合物基泡沫、海綿等雖然可以實(shí)現(xiàn)油類等有機(jī)溶劑的吸附，但是卻存在功能單一、吸附能力和選擇性低等缺點(diǎn)。Ge等人(Ge,J.,et al.,.ACS Appl Mater Interfaces,2018.10(46):p.40274-40285.)采用三聚氰胺海綿用于油水混合物中有機(jī)溶劑的吸附量?jī)H為自身重量的46～96倍。相比之下，石墨烯基氣凝膠作為一種新興的3D多孔材料，具有優(yōu)異疏水/親油性、低密度、高比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性等獨(dú)特性能，在先進(jìn)吸附領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Bi等人((Bi,H.,et al.,.Advanced Functional Materials,2012.22:p.4421-4425.)采用氧化石墨烯為原料，利用水熱還原法得石墨烯水凝膠，然后對(duì)其進(jìn)行冷凍干燥得石墨烯基海綿可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲苯、氯仿等多種有機(jī)溶劑的吸附，但是吸附率較低僅為自身重量20～86倍，另外通過燃燒處理法實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用存在耗能大且易造成二次污染的問題。這主要是因?yàn)榧兪饽z力學(xué)性能較差，限制了石墨烯基凝膠材料吸附物的回收方式。值得注意的是，加入一維納米材料(如碳納米管、納米纖維等)、聚合物(聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等)或者化學(xué)交聯(lián)劑(戊二醛等)等可以有效提高石墨烯基氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和壓縮回彈性，進(jìn)而通過簡(jiǎn)單的物理擠壓方式實(shí)現(xiàn)凝膠材料的有效脫附和循環(huán)吸附性能。例如，Zhan等人(Zhan,W.,et al.,.ACS Applied MaterialsInterfaces,2017.10(1):p.1093-1103.)將一維PDA功能化的多壁碳納米管(MWCNT-PDA)引入石墨烯氣凝膠網(wǎng)絡(luò)中，合成了一種強(qiáng)健的石墨烯/碳納米管復(fù)合氣凝膠，并通過簡(jiǎn)單的“吸附-擠壓”的方式可循環(huán)使用10次。Xiao等人(Xiao,J.,et al.,.Carbon,2017.123:p.354-363.)利用水熱原位還原法合成了一種還原氧化石墨烯/聚乙烯醇?xì)饽z，經(jīng)過疏水改性后的氣凝膠可以吸附水面上的普通油脂和有機(jī)溶劑，吸附率可以達(dá)到自身重量的67～155倍。盡管如此，上述這些石墨烯基氣凝膠在制備及吸附應(yīng)用方面仍存在如下一些問題：(1)一維碳納米管制備過程復(fù)雜且成本高；(2)水熱法需要高溫高壓的條件和特殊的反應(yīng)裝置，增加了實(shí)際應(yīng)用的難度；(3)功能性單一，一般石墨烯氣凝膠僅可實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)溶劑或油類的吸附，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水體污染物的處理(如氟離子等)。