[發明專利]一種超順磁氧化石墨烯/海藻酸鈉復合凝膠材料及制備方法

在審

• 申請號: 202010220852.7
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111359591A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 邵媛媛;劉兵;陳飛勇;薛維納;朱艷艷;李雪梅;李一凡;田宇;吳金柱;張帆;劉瑩瑩;張麗娟
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 劉楊

本發明公開了一種超順磁氧化石墨烯/海藻酸鈉復合凝膠材料及制備方法，并研究了其對無機磷酸鹽的吸附效果及吸附機理，屬于環保技術領域。本發明將磁性納米、氧化石墨烯與凝膠結合，提高了磁性納米材料分散效果，解決了磁性納米粒子容易團聚在一起，無法有效分散的現象，增強吸附效果。本發明凝膠材料可以吸附富營養化水體磷酸鹽同時避免磷元素持續反復存在水體產生的二次污染問題，在水體污染物質的去除具有良好的應用前景。對于實現水資源循環利用、吸附材料及磷元素的回收再利用具有一定意義。同時有助于推動高分子聚合物修飾的磁性納米材料在水體中無機磷酸鹽去除領域的應用與發展。

技術領域

本發明涉及一種超順磁氧化石墨烯/海藻酸鈉復合凝膠材料及制備方法，屬于環保技術領域。

背景技術

近年來，生活污水中大量氮、磷元素排放入河流、湖泊和水庫中，極易引起水體富營養化，進一步導致地下水水質惡化，威脅居民飲用水供水安全。《2015中國環境狀態公報》顯示，全國423條主要河流、62座重點湖泊(水庫)的967個國控地表水監測斷面，Ⅰ～Ⅲ類水質比例為64.5％，Ⅳ和Ⅴ類為26.7％，劣Ⅴ類水質為8.8％。我國富營養化較嚴重的滇池、太湖和巢湖，生活污水氮、磷的貢獻率達到80％以上。據統計，全國湖泊、水庫中水質總磷濃度為0.018-0.97mg/L，普遍高于富營養化的臨界磷閾值(0.02mg/L)。目前我國七大水系的磷污染也比較嚴重，珠江廣州河段，水體中總磷濃度為0.126-0.286mg/L，河口每年發生十余次赤潮。長江、黃河水體中總磷濃度年均值分別為0.117mg/L和2.81mg/L。可見，我國河流、湖泊水體磷污染已十分嚴重，控制水體磷污染應成為水污染防治的一項重要任務。同時，磷是一種不可再生資源，磷污染的同時造成了極大的資源浪費。

石墨烯(graphene,GR)是sp²雜化的碳原子形成的單原子層厚度，排列成二維蜂窩狀的晶體，是一種片層狀高比表面積碳材料，理論比表面積可達2630m²/g，具有非常高的吸附容量、良好的化學穩定性及機械性能等。GR經氧化處理后得到氧化石墨烯(graphemeoxide,GO)，表面含有豐富的含氧官能團，如羰基、羥基、環氧基等，易于同金屬硫化物、金屬原子、氧化物等結合形成GO插層復合材料，能夠有效吸附去除水中多種有毒有害物質，但其自身的分散性較差直接制約在水溶液中的應用，通過添加一種或一種以上其它材料組合而成的石墨烯復合物材料，在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料，從而滿足不同的應用需求。公開號CN1075198339A的發明專利申請提出利用硝酸鑭及硝酸鑭改性氧化石墨烯作為鎖磷劑制備磷酸鹽離子格柵，阻止磷從湖泊底泥釋放進入水體的應用研究，然而鑭具有急性致毒性，對水體生物毒害作用較大，推廣應用有待進一步考察。因此，尋找新型綠色環保材料對石墨烯進行改性來實現水體磷污染的治理及磷的有效回收，以實現水體的凈化刻不容緩。

水凝膠作為低成本、無污染的新型吸附材料，在污染治理領域的潛力巨大。超順磁納米材料，具有特殊的磁學性質可以使吸附材料在外加磁場的作用下進行回收，避免在環境中存留，脫去其吸附的污染物質后還能夠再次被利用，具有良好的應用前景。若將磁性納米顆粒負載改性石墨烯凝膠制備超順磁石墨烯凝膠，有效解決磁性納米粒子團聚問題，提高吸附效率的同時，可避免二次污染，實現循環利用。目前已有學者利用氧化石墨烯/海藻酸鈉凝膠(GO/SA凝膠)以不銹鋼網為支撐材料制備改性復合膜，用于油污染水源的油水分離研究，然而改性膜的抗水壓能力較弱，極易受水流沖刷，機械性能有待進一步加強。公開號CN104785177A及CN105797685A的發明專利申請均提出了復合雙網絡氧化石墨烯/海藻酸鈉凝膠球的制備方法，具有一定的吸附污染物能力，然而分離手段單一，無法在完成吸附后，快速高效的分離，造成極大的資源浪費，限制了其推廣應用范圍。