[发明专利]一种改性石墨烯吸附剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

    本发明涉及水污染处理领域，具体是涉及一种改性石墨烯吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

染料废水对环境的污染随城市和工业的发展日趋严重。染料废水因其成分复杂、色度深、有机污染物含量高、可生化性差、难降解且大多数染料及其代谢中间产物具有致突变性、致癌性和其他毒性，严重影响了生态环境及人类健康，对其进行相应的处理已成为环保关注的热点。刚果红为典型的联苯胺偶氮阴离子型染料，是印染废水中具有代表性的污染物之一。目前, 工业上常用的处理染料废水的方法有生物处理法、化学氧化法、絮凝沉淀法、吸附法、光催化降解法等, 相对于其它处理方法，吸附法凭借其治理费用低廉，操作性强，易于设计运行，对有毒污染物不敏感及不产生二次污染物等优点，成为目前极具发展潜力的除去废水中难生物降解污染物的一个有效方法，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染料，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有机污染物。自从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，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。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高效、绿色、经济、环保的改性石墨烯吸附剂。

本发明的目的之二在于提供上述改性石墨烯的制备方法，工艺简单、条件易控、适于规模化生产。

本发明的目的之三在于提供上述改性石墨烯在处理含酸性染料废水中的应用。

本发明提供一种改性石墨烯吸附剂的制备方法，制备方法如下：将氧化石墨烯超声分散后加入羟基铝和表面活性剂，充分搅拌后再加入还原剂，充分反应后将得到的黑色絮状沉淀进行抽滤、洗涤和干燥，得到改性石墨烯吸附剂；所述表面活性剂包括聚丙烯酰胺（PAM），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或十二烷基苯磺酸钠（SDBS）中的一种以上。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种改性石墨烯吸附剂的制备方法，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羟基铝和表面活性剂，充分搅拌，完全反应后得到反应溶液； 

（3）将步骤（2）得到的反应溶液加热至80℃~85℃，加入还原剂，充分反应后得到黑色絮状沉淀；所述还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾中的至少一种；所述还原剂的质量为氧化石墨烯质量的9～11倍；

（4）将步骤（3）后得到的黑色絮状沉淀进行抽滤、洗涤和干燥，得到改性石墨烯吸附剂。

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

上述制备方法中，步骤（2）中所述表面活性剂包括聚丙烯酰胺（PAM），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或十二烷基苯磺酸钠（SDBS）中的一种以上；所述羟基铝、氧化石墨烯与表面活性剂的质量比为2∶3∶（8～10）；所述反应具体为在60℃~65℃条件下反应3h～5h，得到反应溶液。

上述制备方法中，所述羟基铝的制备方法如下：

在机械搅拌的条件下，将氢氧化钠溶液滴加到三氯化铝溶液中，反应完全后静置3天，得到羟基铝溶液, 其中所述氢氧化钠与三氯化铝的质量比为（0.5～1）∶1。

一种改性石墨烯吸附剂，所述改性石墨烯吸附剂包含石墨烯、羟基铝和表面活性剂，其中所述羟基铝、氧化石墨烯与表面活性剂的质量比为2∶3∶（8～10）。所述羟基铝通过化学键作用插入层状的氧化石墨烯边缘或表层；所述羟基铝通过化学键作用镶嵌在层状的氧化石墨烯的边缘或表层。

一种改性石墨烯吸附剂的应用于含酸性染料废水的处理，具体应用于去除去含酸性染料水溶液中的刚果红。

上述应用中，所述去除水溶液中的刚果红，具体步骤如下：

每升含酸性染料水溶液中加入1 g～2 g改性石墨烯吸附剂；在吸附过程中，控制含酸性染料水溶液的温度为20℃～50℃，充分吸附并振荡至反应完全后，利用滤膜对吸附后的余液进行过滤，完成对含酸性染料水溶液中刚果红的去除。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：