[發明專利]一種氧化石墨烯-微晶纖維素復合吸附球及其制備方法

在審

• 申請號: 202110831762.6
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113559826A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 郝燕;劉遵義;李松波;楊卉;曲靜;楊慧敏
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京律遠專利代理事務所(普通合伙) 11574
• 代理人: 全成哲

本發明公開一種氧化石墨烯?微晶纖維素復合吸附球及其制備方法，屬于吸附材料技術領域。其中提供的氧化石墨烯?微晶纖維素復合吸附球為通過將一定比例的氧化石墨烯和微晶纖維素在氫氧化鈉/尿素體系下復合，并使用優化工藝條件下配制的乳化劑制備成球，以及在冷凍干燥條件下獲得，該制備方法簡單易行，并且提供的氧化石墨烯?微晶纖維素復合吸附球兼具有機械性能好、比表面積大和吸附效果好的特點，可以應用于處理重金屬離子污染的環境問題。

技術領域

本發明屬于吸附材料技術領域，具體涉及一種氧化石墨烯-微晶纖維素復合吸附球及其制備方法，尤其涉及一種氫氧化鈉/尿素體系下制備的氧化石墨烯-微晶纖維素復合吸附球及其在處理重金屬離子污染中的應用。

背景技術

纖維素主要來源于自然界儲量豐富的植物纖維素，其中工業應用中主要的纖維素來源于棉花和木漿。纖維素分子由D-脫水吡喃葡萄糖酐(AGU)為結構單元，其鏈狀構造是一種線型間規均聚物，每個AUG單元以β-(1-4-糖酐鍵)連接而成。纖維素的每一個單元的AGU上都有羥基，而這些活躍的羥基可以進行伯醇和仲醇反應。AUG單元的氧橋和六碳糖環上的氧原子參加纖維素分子內分子鏈的構建，降解成葡萄糖；以及參加分子間相互作用等過程，分子間作用力主要為氫鍵。

目前獲取纖維素主要有兩個途徑，其一是人工合成，由體外的酶催化纖維素單體葡萄糖及葡萄糖衍生物，某些多糖也可以經催化，制備一定分子量的，高均一織態結構的多聚葡萄糖。其二是植物和海藻通過光合作用合成的葡萄糖，纖維素以多聚葡萄糖的形式存在于植物和海藻細胞內。

常溫常壓下，作為大分子的纖維素不溶于水，不溶于乙醇、丙酮和乙醚等常見的有機溶劑，也不溶于稀堿中。由于纖維素分子間的相互作用存在大量的氫鍵，再加上分子量巨大，與大部分溶劑不親和，因此，在常溫下，纖維素是一種比較穩定的高分子有機化合物。

氧化石墨烯(graphene oxide，GO)作為石墨烯的衍生物，它是將石墨進行氧化插層處理，使部分碳原子由sp2雜化狀態轉變為sp3雜化狀態。與石墨烯相比GO片層平面和邊緣存在豐富的羥基、環氧基、羰基和羧基，這些含氧基團使得氧化石墨烯的性質變得非常特殊；并且這些含氧基團都是親水基團，所以氧化石墨烯具有良好的親水性，能夠均勻穩定地分散于水中，形成穩定的水性溶膠。氧化石墨烯分散液經過脫水后，sp2區域的π-π鍵與含氧官能團之間的氫鍵相互作用使GO二維片層之間緊密結合，片層之間的黏附作用使GO具有良好的力學性能。同時，含氧基團使GO具有多個活性位點，可以大量吸附有機物或者金屬離子。

目前，實驗室制備氧化石墨烯的方法主要是：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法是現在最常用的方法，該方法在制備氧化石墨烯過程中反應速度較快，同時也比較安全，適合實驗室條件下的大量制備。Hummers法使用石墨粉末與濃硫酸/高錳酸鉀溶液反應，得到棕色的帶有羥基、環氧基團以及邊緣帶羧基的石墨薄片。

氧化石墨烯與纖維素復合材料的制備為選擇纖維素和氧化石墨烯分散于同一體系。該體系要求既可溶解纖維素，又能讓氧化石墨烯分散于其中。溶解纖維素體系主要分為傳統溶劑體系和新型溶劑體系，傳統溶劑體系主要為CS2/NaOH體系和銅乙二胺體系，但傳統體系不夠環保，工藝流程復雜。新型溶劑體系主要包括氯化鋰/二甲基乙酞胺(LiCl/DMAc)體系、離子液體體系、NaOH-尿素體系(堿脲體系)，在這幾者新型溶劑體系中NaOH-尿素體系不用加熱，只需-10℃既可溶解纖維素，同時所用強堿在實驗室中僅達到毫摩爾級，幾乎不產生多余排放，是一種理想的節能、環保的綠色化學體系。