[发明专利]纳米磁性环糊精/石墨烯生物吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型生物吸附材料的制备方法，特别涉及采用一种简单、方便的方法制备磁性环糊精/石墨烯作为废水处理的吸附材料。

背景技术

环糊精，分子形如一个圆筒，外部含有大量的羟基，内部为一疏水空腔，可与许多无机、有机分子结合成主客体包合物，并且能够改变被包合物的物理和化学性质，具有保护、稳定客体分子和选择性定向分子的特性；此外，环糊精具有来源广泛、价格低廉、易降解、无污染等优点，因此，其作为吸附材料在环保等领域中具有重要的研究和应用价值。但在实际应用中，环糊精仍面临着一些问题，如：(1)化学性质不稳定，易溶解而流失；(2)吸附时间长，耗时；(3)对金属离子以及有机污染物的吸附量低；(4)难分离；(5)机械性能差。如何解决好这些问题决定了环糊精在水处理中的应用前景，对其进行改性是一个很好的解决方法。

磁性高分子微球是将高分子物质与无机磁性物质结合起来的一种微球。由于其粒径小，比表面积大，容易与目标物质结合；同时由于其具有特有的磁响应性，能通过外加磁场进行定向分离，不需要离心操作，有利于分离过程的简化和自动化，是当今分离领域的研究热点。引入磁性微粒，制备磁性环糊精，其优良特性主要有吸附性能强、易分离、无二次污染，同时还可通过表面改性、共聚等赋予其多种功能性基团，进而能够结合各种先进材料，使其具有双重或多重功能。

石墨烯具有很大的比表面积，理论比表面积达2630m²/g。石墨烯因具有很强吸附性能和良好的机械性能，作为吸附材料得到了很好的应用。此外，石墨烯和纳米材料之间的协同效应使这种含有大表面积的复合材料与单一的纳米材料相比具有很大的优越性。以石墨烯为载体制备纳米吸附材料也成为研究热点。

以石墨烯为载体材料，将磁性环糊精嫁接到其表面，制备磁性环糊精/石墨烯复合纳米材料。此复合材料具有良好的机械性能，具有很大的比表面积，增加了坏糊精分子的包络位点，获得具有吸附量大、易于分离、重复使用效果好和无二次污染的生物吸附剂。该复合材料可用于废水中重金属的分离富集和有机物废水的处理中。为环境污染的处理和废物回收利用提供了简单易行的方法和手段。

发明内容

本发明的目的在于制备磁性环糊精/石墨烯纳米生物吸附剂。

本发明是基于化学修饰的原理，将磁性环糊精与石墨烯表面通过交联粘合起来，其具体包括以下步骤：

A.功能化石墨烯的制备

石墨粉加入混酸中，混匀，加入高锰酸钾，在加热回流的条件下反应一段时间，然后在冰浴条件下，加入双氧水直至不再发生反应，然后进行离心，洗涤、干燥后，得到表面功能化的石墨烯。其具体参数为：浓硝酸与浓硫酸体积比为1∶3～1∶6，混合搅拌时间为20～50min，强氧化剂为高锰酸钾，加入量为4.0～7.0g，活化时间为12～18h，活化温度为85～100℃。

B.磁性环糊精/石墨烯吸附材料的制备

将环糊精、磁性微粒和交联剂加入到氨水溶液中混匀反应，然后加入功能化石墨烯溶液，混匀，然后加热反应，利用外加磁场进行分离，洗涤、干燥后，得到磁性环糊精/石墨烯复合材料。其具体参数：磁性纳米粒子粒径为5～30nm，磁性微粒与环糊精质量比为1∶3～1∶5，氨水质量浓度为10～20％，交联剂为质量浓度25％的戊二醛或环氧氯丙烷，加入量5～10mL，交联时间为1～2h，石墨烯溶液浓度为0.2～0.5mg/mL，混匀时间为0.5～1.5h，加热反应温度为50～70℃，反应时间为1～3h。

本发明所制备的磁性环糊精/石墨烯吸附材料，其具有以下优势：

(1)可以使石墨烯很好的分散，防止局部团聚，增强了吸附材料的机械性能；

(2)具有高的比表面积，从而提高了吸附速度和吸附量，稳定性强；

(3)无二次污染，是一种环保友好型吸附材料；

(4)解决了吸附材料难分离的实际应用问题。

附图说明

图1磁性环糊精/石墨烯吸附材料合成机理示意图。

具体实施方式

实例1：磁性环糊精/石墨烯吸附材料的制备

A.功能化石墨烯的制备

称取1.0g石墨粉加入150mL混酸中(浓硝酸与浓硫酸体积比：1∶6)(在冰水浴，搅拌下先加硝酸后加硫酸)，搅拌反应20min后，再加入5.0g高锰酸钾，油浴85℃，加热回流，反应13h。冰浴条件下，缓慢加滴加双氧水直至不再发生反应，离心，分别依次用稀盐酸和乙醇洗涤，干燥得功能化石墨烯。

B.磁性环糊精/石墨烯吸附材料的制备