[发明专利]一种石墨烯炭过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯炭过滤材料及其制备方法。

背景技术

抗生素的滥用成为当下一大难题，卫生部有关专家更是发出“抗生素毁掉中国一代人”的警示，因为我国普遍抗生素用量较大，且在不少地方，地表水体也成为抗生素的载体，倘若不能改变滥用抗生素的问题，赖以生存的水资源迟早会成为夺命之水。而最近的一份学术报告称，在对我国地表水的检测当中发现68种抗生素，且浓度较高。我国大部分地区的饮用水源均为地下水，目前现有的水处理技术无法彻底清除水中抗生素，因此，地表水含抗生素的危害不可小视。虽然检测出的抗生素只有痕量水平，但是长期饮用仍会影响人体免疫系统，降低机体免疫力，形成耐药抗药体质，同时微量的抗生素可能影响人体肠道细菌平衡。且部分抗生素具有毒性，会损害人的肝、肾、神经系统等。此外，抗生素长期高浓度存在于地表水中，会对地表微生物链起到杀伤作用，最终威胁自然生态环境。因此，如何去除地表水中的抗生素，保证人们日常饮用水的卫生安全成为当前亟需解决的问题。人类进行水处理的方式已经有相当多年历史，物理方法包括利用各种孔径大小不同的滤材，利用吸附或阻隔方式，将水中的杂质排除在外。活性炭是吸附方式中较重要的材料，具有吸附性能良好、化学稳定性强、耐高温水浸、用法灵活多变，费用低廉等优势，在水处理中的应用已从最初的去除水中的臭味发展到处理一系列特定的有机污染物，例如氯化有机物、脂肪族和芳香族碳水化合物、消毒副产物前体物等。而阻隔方法则是将水通过滤材，让体积较大的杂质无法通过，进而获得较为干净的水。因此，合理利用活性炭设计出一种能有效去除地表水中抗生素的过滤材料及设备，使其同时兼备吸附与阻隔方式的过滤效果迫在眉睫。对此，我们利用氧化石墨烯改性碳材料，合成了一种针对水中抗生素过滤的碳膜，对其合成条件进行了优化，根据抗生素过滤前后的浓度计算发现，我们发现，我们合成的碳膜可以有效去除99%以上的抗生素。但有些分子太小的抗生素，普通活性炭难以滤除。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种石墨烯炭过滤材料及其制备方法，作过程简单、机械性能强，适用于水中多种小分子及杂质的过滤，特别是对抗生素的过滤具有独特的优势。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯炭过滤材料，包括果壳活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨烯。

石墨烯炭过滤材料的制备方法，括以下步骤：称取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与水的质量比为250:1，搅拌30min，超声30min，重复两次后烘干。所述的氧化石墨烯分散液的片径小于500nm。

所述的搅拌时选用的温度为50-80摄氏度，转速为700rpm。所述的搅拌时间为15-60min，超声时间为15-30min。

上述的石墨烯炭过滤材料的在水体中抗生素检测方面的应用。

本发明的有益效果是：活性炭过滤是将水中悬浮状态的污染物进行截留的过程，被截留的悬浮物充塞于活性炭间的空隙。滤层孔隙尺度以及孔隙率的大小，随活性炭料粒度的加大

而增大。即活性炭粒度越粗，可容纳悬浮物的空间越大。其表现为过滤能力增强，纳污能力增加，截污量增大。同时，活性炭滤层孔隙越大，水中悬浮物越能被更深地输送至下一层活性炭滤层，在有足够保护厚度的条件下，悬浮物可以更多地被截留，使中下层滤层更好地发挥截留作用，机组截污量增加。严格的理论上讲，活性炭所具有的对悬浮物的截留能力来自活性炭所提供的表面积。活性炭经过活化后碳晶格形成形状和大小不一的发达细孔，大大增加比表面积，提高吸附能力。活性炭的细孔有效半径一般为1-10000nm，孔容积一般为1-1.5mL/g，通过精确地理论计算，选举片径小于500nm的氧化石墨烯分散液，通过一种特殊的物理技术，把氧化石墨烯分散液送入活性炭的细孔并附椎在内表面上，达到增加过滤材料的比表面积，改善过滤效果。基于这部分氧化石墨烯的工作，成功开发出了一种石墨烯炭分子筛，它有着轻薄，稳定，耐热，比表面积大等特性，尤其是一种特殊的的优点：它是炭，对人体无害。与同样重量的活性炭比较吸附性提高8倍，对它的民用开发将会带来大量的市场收益。潜在产品包括防雾霾口罩、帽子以及纱窗等。同时，这种石墨烯炭分子筛新材料还可用于空气净化器以及汽车换气系统中滤膜的开发。其次，这种石墨烯改性碳材料合成一种复合膜，可有效去除饮用水中抗生素。

附图说明

图1是柱状活性炭吸附性能图。

图2是炭分子筛吸附效率随着GO体积变换的变化；

图3为纯柱状活性炭SEM图；