[发明专利]基于氧化石墨烯处理水体重金属离子的复合材料制备方法

说明书

本发明涉及基于氧化石墨烯处理水体重金属离子的复合材料制备方法，具体涉及石墨烯气凝胶的制备及其应用，为解决目前水体、大气等环境中的重金属离子和有机物污染，而缺乏高效、低成本并可循环利用的处理剂的问题。具体的，本发明包括以下步骤：步骤1，使用改性的Hummers法制备高质量的氧化石墨烯（GO）；步骤2，取一定量的银纳米线，分散在水溶液中；步骤3，将上述配制好的氧化石墨烯溶液和银纳米线溶液混合均匀，不断搅拌，再向其中加入适量的氯化钴搅拌，之后进行水热处理，得到氧化石墨烯复合气凝胶；步骤4，取出上述制备的氧化石墨烯复合气凝胶，干燥后进行聚合物蒸镀，进一步提高其强度；步骤5，直接切割上述气凝胶，采用双电极法测试其对重金属离子的吸附性能。

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体的涉及一种基于氧化石墨烯处理水体重金属离子的复合材料制备方法。

背景技术

随着生产生活水平的不断提高，人类对于能源的需求越来越大，同时对于环境的破坏也日益严重；其中，伴随着化工、采矿、化肥、电池、电镀和造纸等行业的发展，使得水体和气体中的重金属离子含量越来越高。镉、铅、汞、钴、铜、锌离子是常见的一些重金属离子污染物，这些重金属离子很难在环境中被降解，且它们很容易富集，这进一步增大了其毒性和致癌性，它们还易于与人体中的蛋白质、酶相互作用，这使得上述功能物质丧失活性，对人体的危害极大。比如，镉离子在饮用水中的标准为 5μg/L，自然水体中的标准为 1μg/L，其在人体中富集会严重影响人的肾脏，导致人体出现软骨病、骨痛病等症状；铅离子的污染，更是令人触目惊心，血铅事件的不断出现，无时无刻不给我们敲响着警钟；铅离子会引起机体的神经系统，血液系统,消化系统的一系列异常表现，长期接触会引起肾病和智力发育等；钴离子的超标会导致恶心、呕吐、腹泻和癌症，同时，钴离子还会造成肝病、甲状腺异常等问题。总之，重金属离子对于环境污染的问题，进而直接影响到人类生命健康越来越受到大家的关注和研究，如何提供一种高效、低成本并可循环利用的水体处理剂具有重要的实际价值和战略意义。

目前，关于水体重金属离子的处理主要有以下一些处理方法，如吸附法，离子交换法，电沉积法和生物法等，LI 等[High-density three-dimension graphene macroscopicobjects for high-capacity removal of heavy metal ions. Scientific Reports，2013，3（7）：120.]通过以 Ni 为催化剂的 CVD 法制备了三维多孔结构的石墨烯材料（3D-GMOs），孔隙率达到 95%，然后以Pt 为阳极，3D-GMOs 为阴极对镉进行电解沉积吸附，Cd、Pb、Ni、Cu 的最大吸附量分别为 434mg/g、882mg/g、1683mg/g、3820mg/g，该3D-GMOs 的密度很高，是交联结构，在吸附过程中可以仍然保持完整；而且它具有较大的比表面积（560m²/g），可以结合更多的重金属离子；另外 3D-GMOs 的导电性较高，可提高水中沉淀的电解率。但是这种石墨烯的产量和机械强度有限。ZHANG 等[Synthesis of water-solublemagnetic graphene nanocomposites for recyclable removal of heavy metal ions.Journal of Materials Chemistry A，2013，1（5）：1745-1753.]用聚丙烯酸改性 GO/Fe3O4制备出一种可溶于水的磁性氧化石墨烯纳米复合材料（PAA/GO/Fe3O4），与重金属离子发生均相吸附反应，对Cu、Cd、Pb的最大吸附量达到296.7mg/g、303.4mg/g、316.7mg/g，该材料具有强顺磁性，易于回收。中国专利CN103272560A公开了一种新型的复合水处理材料及其制备方法，该材料中含有电气石、海泡石和氧化石墨烯或者石墨烯；制备方法中采用回流法将石墨烯或氧化石墨烯包裹于海泡石和电气石表面，利用石墨烯或氧化石墨烯较大的表面积，可有效提高海泡石对有机废水的吸附性能。

总之，上述材料对于水体重金属离子的吸附能力都有限，并且吸附后不可循环利用，这极大的阻碍了生产生活的发展。

发明内容