[發明專利]用于去除地下水中污染物的修復材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010040548.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111203187A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 黃冠星;張權;侯欽宣
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/30;C02F103/06
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

本發明提供了一種用于去除地下水中污染物的修復材料、其制備方法及應用。所述修復材料是由氧化石墨烯和氨基化石英砂按質量比1:25～250經混合、干燥形成的氧化石墨烯/氨基化石英砂復合材料。本發明通過將正硅酸乙酯在十六烷基三甲基溴化銨作用下水解縮聚于石英砂表面形成二氧化硅包覆層，進而使用3?氨丙基三乙氧基硅烷對石英砂表面二氧化硅包覆層進行氨基化改性，最后利用氧化石墨烯所攜帶的羧基官能團與石英砂表面的氨基發生酰胺化反應，使得氧化石墨烯包覆于石英砂表面。本發明反應條件簡單，無有毒有害物質產生，氧化石墨烯與石英砂結合穩定，易于收集處理，可吸附去除多種重金屬離子和有機污染物，且處理過程中無二次污染產生。

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，具體地說是一種可同時去除地下水中重金屬和有機污染物的修復材料、其制備方法及應用。

背景技術

由于長期以來粗放的環境安全管理模式、無序的工業廢水排放或泄漏及金屬渣的堆放形成了區域性水體重金屬和有機物污染，由于其在水體中的持久性和難以去除性，導致重金屬離子容易在動植物和人體中富集，而有機污染物因其致癌性也越來越引起人們的重視。日趨嚴重的水體污染已對我國的食品安全、飲水安全、區域生態環境、經濟社會可持續發展甚至社會穩定構成了嚴重威脅與挑戰。因此，水體污染的處理與凈化技術已成為目前研究的熱點方向。經過多年的研究，目前已有多種方法可有效去除水體中的污染物，如化學沉淀、電化學、薄膜過濾、離子交換和吸附法等。在這些方法中，吸附法由于其具有成本低、易操作、可循環使用等優點而受到研究人員的青睞，而吸附法的關鍵在于尋找合適的吸附劑材料。除傳統的活性炭、沸石等吸附劑外，近年來研究人員相繼采用了殼聚糖、木質素、零價納米鐵等新型吸附劑，在吸附領域取得了一系列研究進展。相比較其他吸附材料，氧化石墨烯作為一種新型碳納米材料，具有良好的親水性，超大的比表面積并攜帶大量含氧官能團，使其對水中重金屬及有機污染物具有超強的吸附潛力，遠超其他碳納米材料在內的現有各種修復材料。

然而，目前將氧化石墨烯單獨用于實際地下水污染修復還存在一定難度，如氧化石墨烯之間存在強烈的π-π鍵作用，導致其易團聚，減少比表面積，影響處理效果；氧化石墨烯由于其優異的親水性導致其難以從地下水中有效分離，易造成二次污染。石英砂由于其穩定的物理化學性質、生物相容性和表面改性等性質而被廣泛應用于水污染處理領域，因此，石英砂成為一種理想的氧化石墨烯載體而進行了一系列研究，然而目前的氧化石墨烯/石英砂復合材料的制備方法仍難以實際用于地下水污染處理中。例如，專利申請文件(申請號：201811108081.1)公開了一種氧化石墨烯負載石英砂的制備方法，該方法制備方法簡單，通過將氯化鐵和氧化石墨烯共同在高溫作用下負載于石英砂上，即可得到氧化石墨烯/氯化鐵改性石英砂，且對水中污染物具有一定的去除效果。但其缺陷在于，其氧化石墨烯負載于石英砂上以物理負載為主，氧化石墨烯與石英砂之間的穩定性不足，其在使用過程中氧化石墨烯容易脫離而造成二次污染；除此之外，在其合成過程中由于高溫作用導致氧化石墨烯的部分含氧官能團被還原，從而降低其對重金屬的吸附性能。

發明內容

本發明的目的就是提供一種可同時去除地下水中重金屬和有機污染物的修復材料、其制備方法及應用，以克服現有氧化石墨烯的缺陷與不足，有效改善現有氧化石墨烯與石英砂結合后不穩定，吸附性能差等的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種用于去除地下水中污染物的修復材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)在60℃下，將十六烷基三甲基溴化銨加入含有石英砂的水中，持續攪拌至完全溶解后，加入0.3mol/L的氫氧化鈉溶液和正硅酸乙酯，繼續反應3h后，將反應物抽濾，使用純水、無水乙醇洗滌后在40℃烘箱干燥，得到二氧化硅包覆的石英砂。其中V(水)：m(石英砂)：m(十六烷基三甲基溴化銨)：V(氫氧化鈉溶液)：V(正硅酸乙酯)＝1：20～80：6～10：0.1～0.5：0.03～0.1，V為溶液體積(mL)，m為物質的重量(mg)。