[發明專利]含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠在污水處理中作為金屬離子吸附劑的應用

有效

• 申請號: 202210657589.7
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115138342B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 金燕仙;沈傳明;陳章新;余彬彬;沈加坡;顏野迪;冀雅茹
• 申請（專利權）人: 凈化控股集團股份有限公司;臺州學院
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C01B32/194
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 何俊

本發明涉及水處理領域，公開了一種含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠的制備方法及其應用，該制備方法包括：(1)將水溶性可聚單體，引發劑和交聯劑溶于水，得到水相反應液；(2)將含羥基的氧化石墨烯和含羥基的單層薄壁碳納米管分散于水相反應液中；(3)注入模具中進行自由基聚合，得到水凝膠；(4)冷凍干燥，得到含三維石墨烯的多孔氣凝膠；(5)將多多氨基化合物與丙烯酸甲酯先后進行邁克爾加成反應和縮聚反應，得到多氨基超支化聚合物；(6)利用多氨基超支化聚合物對含三維石墨烯的多孔氣凝膠進行接枝反應，得到含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠。本發明的多孔氣凝膠可用于污水中重金屬離子的絡合吸附處理，具有優異的吸附性能。

技術領域

本發明涉及水處理領域，尤其涉及一種含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠在污水處理中作為金屬離子吸附劑的應用。

背景技術

隨著農村經濟的迅速發展，農村水環境污染越來越受人們的關注。除農村生活污水外，畜養殖污水不合理，農業化肥、農藥過度使用，鄉鎮企業廢水排放都加劇了農村水環境的污染。而農村污水體量大、成分復雜、深度處理難，常規水處理技術難以達到地表水排放標準。其中，銅、鉛、鎘等重金屬離子即使濃度很低的情況也可以在生物體內積累，擾亂食物鏈，造成嚴重的失調和疾病。目前去除廢水重金屬離子的方法眾多，其中吸附法被認為是一種簡單高效、低成本去除重金屬離子的方法，然而吸附法存在循環再生利用較困難和產生二次污染的缺點。

?三維石墨烯多孔碳材料（3D?GBMs）作為新興的碳基吸附材料，在用于去除水中重金屬離子具有高的吸附容量。3D?GBMs中氧化石墨烯表面的富含氧基團使得它具有良好的親水性，表面的含氧基團可以和金屬離子發生作用，進而可以分離富集于水相的金屬離子。這些功能基團不僅有利于金屬離子的吸附和聚集，而且為功能化改性提供了活性位點。然而，3D?GBMs可控制備仍面臨著諸多挑戰，前驅體原材料、尺寸、pH的選擇與3D?GBMs的結構（比表面積、孔隙率）密切相關，進而影響3D?GBMs對重金屬離子的吸附性能和吸附速率。因此，如何進一步提高3D?GBMs對金屬離子的吸附能力是目前的主要研究方向。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠的制備方法及其應用。本發明將多氨基超支化聚合物通過共價鍵嫁接的方法負載在含三維石墨烯的多孔氣凝膠上，可改善含三維石墨烯的多孔氣凝膠的孔道結構和比表面積，可作為吸附劑用于污水中重金屬離子的絡合吸附處理，在短時間內具有優異的吸附性能。同時，由于共價鍵連接的多氨基超支化聚合物在水處理過程中不會進入水體中，可減少對水體的“二次污染”。

本發明的具體技術方案為：

第一方面，本發明提供了一種含多氨基三維石墨烯的多孔氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將水溶性可聚單體，引發劑和交聯劑溶于水，得到水相反應液；所述水溶性可聚單體為丙烯酰胺和海藻酸鈉，丙烯酰胺和海藻酸鈉的摩爾比為1:（3.2-3.3）。

?(2)將含羥基的氧化石墨烯和含羥基的單層薄壁碳納米管分散于所述水相反應液中；所述含羥基的氧化石墨烯、含羥基的單層薄壁碳納米管和水相反應液的質量比為1:（0.5-1.5）:（1650-1700）。

?(3)將所述步驟(2)所得物料注入模具中，進行自由基聚合，得到水凝膠。

?(4)將所述水凝膠冷凍干燥，得到含三維石墨烯的多孔氣凝膠。

?(5)將多氨基化合物與丙烯酸甲酯的甲醇溶液在惰性氣體保護下混合，先進行邁克爾加成反應，再進行縮聚反應，得到多氨基超支化聚合物；所述多氨基化合物與丙烯酸甲酯的摩爾量比為（0.8-1.2）:1。