[發(fā)明專利]富雜原子官能化氧化石墨烯復合材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112958037B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 于金剛;藍晰雯;劉一平;陳曉青
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 叢詩洋

本發(fā)明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種富雜原子官能化氧化石墨烯復合材料及其制備方法與應用。所述復合材料由富含硫/氮的有機分子2?氨基?1,3,4?噻二唑與氧化石墨烯進行有效地共價偶聯(lián)，獲得的一種結構穩(wěn)定、選擇性好的富雜原子官能化石墨烯復合材料，所述復合材料引入了雜原子官能團，具備豐富的吸附活性位點，能夠與重金屬離子配位螯合，實現(xiàn)重金屬的吸附，且具有良好的重復利用性能。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種富雜原子官能化氧化石墨烯復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

水中污染物包括金屬離子，染料，藥物，農(nóng)藥，有機化合物和其他有害化合物。由于這些物質(zhì)不可生物降解，它們會聚集在活的有機體器官中，誘發(fā)癌癥等危險疾病。工業(yè)和飲用水中常見的重金屬離子，包括砷(As)、鎘(Cd)，鉻(Cr)，銅(Cu)，汞(Hg)，鉛(Pb)，鎳(Ni)，硒(Se)和鋅(Zn)。地表水和地下水中重金屬的高含量主要有自然和人為兩種來源。自然來源可能來自火山爆發(fā)和巖石風化，而人為來源可能來自制革、化肥、電鍍、電池、木材防腐劑和油漆工業(yè)排放的未經(jīng)精煉的廢水。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WTO)稱，長期攝入被重金屬污染的水可能會導致肺部、膀胱、腎臟和皮膚受損及引發(fā)癌癥。因此，在環(huán)境污染引起的水中金屬離子含量日趨嚴重超標的情況下，有效降低水中金屬離子的含量對保障我國公民的用水健康和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。

現(xiàn)有技術中，對水中金屬離子進行分離和富集，包括光催化法、化學氧化法、生物降解法、膜分離法和吸附法等等。其中吸附法因其操作簡便、成本低、易于回收、環(huán)保高效等優(yōu)點而受到廣泛關注，吸附法的采用最重要的是選擇吸附劑，開發(fā)具有高吸附性能的新型固體吸附劑來處理水中金屬離子，是當前能源科學和材料化學等領域的國際前沿和熱點。吸附發(fā)生在兩相界面，吸附劑通過表面粘附使某一特定組分濃度增加來達到分離的效果。吸附是一種過程快速，廉價且廣泛適用的技術，它具有通用性，可用于去除可溶性和不溶性污染物和生物污染物，去除效率可達90-99％。固體吸附劑因其比表面積大、吸附力強、耐磨強度高、易回收等特性近年來受到了廣大科研工作者的關注，目前用于吸附分離廢水中金屬離子的固體吸附劑主要包括沸石、MOFs材料、黏土、碳納米管、殼聚糖，二氧化鈦、β-環(huán)糊精、介孔氧化硅、碳材料等。

目前研究者們在水處理中致力于物質(zhì)的高效富集、選擇性分離以及材料的重復性利用，并且較多通過簡單的水熱自組裝方法合成了三維復合材料，但是水熱物理組裝的三維材料疏松多孔，選擇性小，且易脫落，在吸附分離過程中也存在操作復雜，分離效果不佳，吸附能力較低的缺點。所以，現(xiàn)如今探索出一種結構穩(wěn)定、選擇性分離性能好、吸附能力好的吸附劑迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的上述技術問題問題，本發(fā)明以具有高比表面積的石墨烯為基體材料，經(jīng)氧化后采用富雜原子的2-氨基-1,3,4-噻二唑進行改性處理，獲得一種結構穩(wěn)定、選擇性好、吸附能力強、分離性能好的復合材料，以實現(xiàn)水溶液中金屬離子污染物的有效吸附分離。

本發(fā)明提供了一種富雜原子官能團氧化石墨烯復合材料，所述復合材料由2-氨基-1,3,4-噻二唑和氧化石墨烯在催化劑作用下發(fā)生酰胺化反應獲得。

進一步的，所述氧化石墨烯是以鱗片石墨為原料，采用Hummers法氧化制備獲得。

進一步的，所述2-氨基-1,3,4-噻二唑和氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:1-1:10。

進一步的，所述催化劑為O-(7-氮雜苯并三唑-1-基)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯。

進一步的，所述所述催化劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:5-1:20。

進一步的，所述所述酰胺化反應采用防潮回流裝置，反應溫度為130-180℃，反應時間為4-12h。

基于同一發(fā)明構思的，本發(fā)明還提供了上述富雜原子官能團氧化石墨烯復合材料的制備方法，具體包括：