[发明专利]氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备及环境保护领域，具体涉及一种氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料及其制备方法与吸附阳离子型染料的应用。

背景技术

随着经济的发展，染料被广泛应用于纺织品、皮革、食品、涂料、油墨及橡胶等领域，因此，我国染料废水引发的环境问题也日益突出。大多数染料具有很强的化学稳定性和生物难降解性，因此能在水体中长时间的存在并造成严重的环境污染。目前，为了减少染料废水对环境的污染，光催化降解、膜过滤、絮凝与沉淀、电化学技术以及吸附等方法被应用于染料废水的脱色处理中。吸附法处理染料污水因具有操作简单、投资少、处理后出水水质好等特点而受到重视，但大部分吸附剂因吸附能力低，污染物去除量少等原因不能广泛应用于工厂染料废水的处理过程中，提高该方法的关键在于开发更加高效、环保的吸附剂材料。

近年来，碳纳米材料，离子交换纤维和天然矿物（硅藻土，膨润土）等吸附剂被运用于染料废水的处理过程中。碳纳米材料中的氧化石墨烯因其有极大的比表面积，并且表面含有羟基、羧基等大量的官能团，对染料废水具有良好的吸附性能。然而，由于氧化石墨烯具有水溶性，难以将其从处理液中分离，残留的氧化石墨烯进入人体后又很难被肾脏排出，因此会诱发肺肉芽肿等疾病。氧化石墨烯复合材料具有广泛的应用领域，其表面改性也已成为另一项研究重点，包括聚合物类复合材料及无机物类复合材料。目前，国内外已有关于氧化石墨烯与壳聚糖、聚醚砜以及海藻酸钙等物质结合的复合材料的研究，并已运用于染料废水的处理过程中，但是存在吸附量低，处理效果不佳，生物毒性大等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生物毒性低，不易团聚，对阳离子型染料具有高吸附能力、制备方法操作简单，并且吸附处理过程无二次污染，易于固液分离的氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料及其制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料，所述复合材料为黑灰色粉末状，具有层状多孔纳米结构，层间距为0.87nm～1.03nm之间，孔径介于2nm～10nm之间。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯加入分散剂中，超声剥离1h～2h后形成氧化石墨烯混合液；再向氧化石墨烯混合液中加入原料鼠李糖脂，及催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC）和4-二甲氨基吡啶（DMAP）并混合均匀，于25℃～45℃下超声反应2h～4h后，再加入无水甲醇搅拌以产生沉淀；将沉淀产物用无水乙醇洗涤、离心后，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥2d～3d，即制得氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料。

作为本发明的进一步改进，

所述氧化石墨烯是由石墨通过Hummers法制得，所述鼠李糖脂的质量含量≥90%。

所述的分散剂为二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃或二氯乙烷中的任意一种，分散剂的体积与氧化石墨烯的质量之比为0.5∶1～1∶1，其中分散剂的体积以毫升计，氧化石墨烯的质量以毫克计。

所述氧化石墨烯、鼠李糖脂、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与4-二甲氨基吡啶的质量比为1∶（2～4）∶（4～6）∶（0.8～1）。

所述无水甲醇与分散剂体积比为1∶3～2∶3，搅拌时间为15min～20min。

所述沉淀产物离心处理时转速为8000rpm～11000rpm，离心时间为10min～15min。

另外，本发明还提供一种氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料的应用，所述氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料用于吸附阳离子型染料。

所述应用具体包括以下步骤：将氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料加入至浓度为50mg/L～400mg/L，pH=7～7.3的阳离子型染料溶液中，复合材料用量为0.2g/L～1g/L，于25℃、170rpm恒温水浴锅中振荡5min～24h后，取处理后溶液过0.22μm水系滤膜，即完成氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料对阳离子型染料的吸附。

所述的阳离子型染料包括亚甲基蓝、甲基紫或孔雀石绿。

本发明是利用氧化石墨烯表面羧基、羟基基团，分别与生物表面活性剂鼠李糖脂所含的羟基、羧基在催化剂EDC/DMAP的作用下发生酯化反应，通过共价键的方式结合，将鼠李糖脂共价键合到氧化石墨烯层片，得氧化石墨烯-鼠李糖脂复合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：