[发明专利]一种污水处理用石墨烯宏观体材料在审

专利信息
申请号: 201510438230.0 申请日: 2015-06-26
公开(公告)号: CN105126764A 公开(公告)日: 2015-12-09
发明(设计)人: 杨程;郝思嘉;戴圣龙;张晓艳;燕绍九 申请(专利权)人: 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
主分类号: B01J20/22 分类号: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28
代理公司: 北京安博达知识产权代理有限公司 11271 代理人: 徐国文
地址: 100095*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 污水处理 石墨 宏观 材料
【说明书】:

【技术领域】

发明涉及一种吸附材料,具体讲涉及一种石墨烯宏观体材料及其制备方法。

【背景技术】

近年来随着经济的发展和科技的进步,对环境保护的呼声日益高涨,对环境保护的标准也在不断提高,对于大量的工业废水、生活污水的处理也提出了更高的标准。因此污水处理出现了新的亟待解决的问题,污水处理新技术应运而生。不但要大幅度减少污水的排放,保护水环境,也要求节约水。作为一种物理化学方法的吸附法污水处理中的一种重要处理手段,具备成本低廉,选择性好,易再生等优势。高比表面积、稳定化学性质和低廉价格的吸附材料是决定吸附技术的关键部分,碳材料成为吸附材料的首选。目前常用于吸附技术的碳材料有活性碳、活性炭纤维和碳纳米管等。这些吸附材料通常都以粉体为主,收集的过程比较复杂,因此人们将注意力投向了石墨烯这种新型材料。

石墨烯是由碳原子按照蜂窝状结构排列而成的单原子厚度的二维晶体,被认为是构建其他维度sp2杂化碳材料的基本结构单元。将卷曲或弯曲石墨烯可以构成一维碳纳米管或零维的富勒烯。石墨烯的独特结构赋予其良好的电学、热学以及化学性能。

常见的石墨烯是以微米级片层结构的石墨烯粉体形式存在的。由于石墨烯片层间容易发生聚集,在实际应用中难以操控,导致基于石墨烯的组装体很难获得较大的比表面积,更难以达到石墨烯的理论比表面积值2630m2/g,这就极大地阻碍了石墨烯作为吸附材料的在工业化中的大规模应用。因此石墨烯宏观体的概念应运而生,即石墨烯通过片层的叠加或搭接形成的一种具有一定形态的宏观结构,一般可分为二维宏观体(薄膜、纤维)和三维宏观体(泡沫体、纤维编织体)。由于石墨烯在组装成宏观体后不仅增强了材料的结构强度,还在石墨烯片层结构间起到了柔性支撑体的作用,减少了石墨烯片层间的聚集,更好地发挥了石墨烯的力学性能、高热导率、高速的电子迁移率及良好的吸附能力等特性,因此石墨烯宏观体在水处理、净化材料、储能、催化、生物医学等领域表现出了巨大的应用潜力。由于石墨烯宏观体将石墨烯纳米级现象展现到了宏观层面,这也将进一步促进石墨烯迈向最终的实际应用。

目前石墨烯宏观体的制备方法主要包括化学气相沉积法、过滤组装法、自组装法等。然而,这些方法在制备石墨烯宏观体的过程中存在工艺复杂、成本高、环境污染等问题。

【发明内容】

有鉴于此,本发明的技术目的在于提供一种污水处理用石墨烯宏观体材料,利用该方法不仅能够低成本、快速、大量地制备高品质的形状与体积可控的石墨烯材料,而且解决了传统工艺中,氧化石墨烯在还原过程中存在重新堆叠等问题,为石墨烯宏观体在污水处理领域的应用奠定了基础,该三维材料对染料、油类以及有机溶剂具有良好的吸附性能、吸附循环性能和压缩性,具有显著的经济效益和社会效益。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案:

本发明提供了一种污水处理用石墨烯宏观体材料,由石墨烯纳米片和石墨烯纤维膜组成,其中石墨烯纤维膜与石墨烯纳米片的摩尔比为1∶3~30。

本发明提供的石墨烯宏观体材料中石墨烯纤维膜与石墨烯纳米片的摩尔比为1∶3~20。

本发明提供的石墨烯宏观体材料中石墨烯纤维膜与石墨烯纳米片的摩尔比为1∶10~20。本发明提供的石墨烯宏观体材料的长:50~150cm、宽:50~150cm、高:20~45cm。

本发明提供的石墨烯宏观体材料的变形率为30~50%。

本发明提供的石墨烯宏观体材料的循环使用次数为5~10次。

本发明提供的石墨烯宏观体材料的比表面积为400~800m2/g,吸附量为200~600mg/g。

本发明提供的石墨烯宏观体材料用于处理甲基蓝、甲基橙、苯酚、环己烷、二氯甲烷、正丁醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙醇、丙酮、四氯化碳、乙酸、乙二醇、汽油、橄榄油或N,N-二甲基甲酰胺。

本发明采用的石墨烯纤维膜由包括下述步骤的方法制得:

1)将质量比为1∶1~50的石墨烯和热塑性聚合物溶解于有机溶剂中形成纺丝溶液;

2)将石墨烯热塑性聚合物纺丝溶液置入静电纺丝机注射器中,在8~30kV电压下,于接收电极上得到石墨烯聚合物复合纤维膜;

3)在50~100℃的真空条件下去除有机溶剂,得石墨烯聚合物复合纤维膜。

本发明提供的石墨烯纤维膜中石墨烯与热塑性聚合物的质量比为1∶10~30。

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