[发明专利]氧化石墨烯复合物与氧化镍负载石墨烯复合物的制备方法与应用

说明书

技术领域

 本发明涉及无机及有机污染物吸附剂领域，特别涉及氧化石墨烯复合物与氧化镍负载石墨烯复合物的制备方法与应用。

背景技术

由于工业的快速发展和人们生活水平的不断提高，重金属废水对环境的污染日趋严重。在大量镍污染的环境中会高发皮肤病，粉末状镍与一氧化碳化合生成四羰基镍，通过呼吸道进入人体后会出现肺出血、浮肿、毛细血管壁脂肪变性并发呼吸障碍以及呼吸系统癌症等，四羰基镍已被确认是一种致癌物质。人们在逐渐认识到重金属镍污染对环境，特别是对人类自身产生的危害后，研究了多种治理重金属镍污染的技术。目前去除水体系中的Ni²⁺有化学沉淀、化学还原、离子交换、膜分离、生物凝絮等多种方法，这些方法因成本相对较高或不可再生，或容易造成二次污染，在应用方面受到限制。吸附法是一种设备投资少，操作简单、高效且易于广泛应用的去除水溶液中有机污染物的方法，而改善吸附法的关键在于开发更加高效、环保、价廉的新型吸附材料。

当前，大量的吸附材料被报道用来去除水体中的重金属镍，例如活性炭、粉煤灰、生物质吸附剂等。由于具有极大的比表面积，纳米材料被视为一种更高效率的吸附材料，有利于去除水溶液中的重金属镍。自从氧化石墨烯被首次研制出来后，由于其优异的物理化学性质，如极大的比表面积、优异的机械强度、高电导率与热导率等，在化学电源、光电子器件和多相催化等领域已获得了广泛的关注。然而，许多研究人员仅研究重金属镍离子的吸附而很少关注对吸附镍饱和后的吸附剂进行进一步利用。本发明将吸附镍后的饱和吸附剂用还原剂还原，然后将其加入含酚废水中进行催化降解研究。

含酚废水来源广泛，它是许多化工生产过程中的原料，也是工业企业生产过程中的副产物。酚类化合物对人体健康危害很大，饮用水中酚类化合物要求不超过0.002mg/L。其次酚类化合物对农作物和水中生活的生物都有毒害作用。此外，大量酚类化合物排放到水体中对生态环境也会造成极大地伤害。因此，含酚废水排入环境之前必须进行有效的处理。去除水中酚类化合物方法有生化法、物理化学法和化学法。生化法投资少且降解比较彻底，但对可生化程度不高的酚类化合物而言，降解效果不太好，且只适用于苯酚浓度在50～500mg/L的苯酚溶液。物理化学法萃取步骤操作复杂，溶剂的损失会降低经济效益，同时会给环境带来新的污染。化学氧化法是应用较为广泛的一种方法，它具有分解速度快、氧化能力强、对苯酚的去除率高，最终的氧化产物为二氧化碳和水，无二次污染等优点。

近年来，虽然已有研究表明石墨烯可以去除水中污染物，但是石墨烯的团聚作用，不仅减少了石墨烯的比表面积，还不利于分散在溶液中，这限制了其在水溶液中对污染物的去除应用。目前，以农业副产物或废弃物作为生物吸附剂处理含有重金属的废水日益引起研究者的关注。樟木屑是一种年产量很大的农业副产物，表面有很多活性官能团，如羟基、羧基、氨基等，这些官能团可以与重金属离子成键或络合，此外樟木屑的多孔结构使溶液很容易渗透进入木屑内部，因此加快吸附速度。羧甲基纤维素是由纤维素，氯乙酸和氢氧化钠混合反应产生的阴离子多糖，且是廉价无毒的，可再生的，可生物降解的和可修饰的天然聚合物。羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体溶液，有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型等特性。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的缺陷，提供一种氧化石墨烯复合物与氧化镍负载石墨烯复合物的制备方法与应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种氧化石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯分散在水中，通过超声分散后制得氧化石墨烯悬浮液；

（2）在步骤（1）得到的氧化石墨烯悬浮液中加入樟木屑和羧甲基纤维素，充分搅拌，反应后得到反应溶液；其中，氧化石墨烯、樟木屑和羧甲基纤维素的质量比为2∶1∶（4～6）；

（3）将步骤（2）得到的反应溶液进行抽滤、洗涤和冷冻干燥，得到复合型氧化石墨烯吸附剂，即氧化石墨烯复合物。

上述氧化石墨烯复合物制备方法中，步骤（1）中所述超声分散的时间为30min～60min；所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为4mg/mL～6mg/mL。

上述氧化石墨烯复合物制备方法中，步骤（2）所述反应的反应温度为50℃~55℃；所述反应的反应时间为3h～5h。

一种氧化石墨烯复合物，所述复合型氧化石墨烯吸附剂包含氧化石墨烯、樟木屑和羧甲基纤维素。所述樟木屑通过化学键作用插入层状石墨烯的边缘或表层，所述樟木屑通过化学键作用镶嵌在层状石墨烯的边缘或表层。