[发明专利]一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别涉及石墨烯类吸附材料的合成及在水处理技术领域的应用，具体涉及一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球(GA)及其制备方法和应用。

背景技术

染料废水的违规排放造成的水体污染问题，一直以来都受到国内外学者的广泛关注。我国每年大约有6～7吨的印染废水排放到水体中，严重影响了饮用水安全，染料排放到水体中会抑制水生植物的光合作用，甚至分解生成毒性更大的芳香胺，严重危害生态系统和人类健康。因此，研究水体中染料的去除有着很重要的环保意义。现在有很多种处理水体中染料的方法，比如吸附、絮凝、化学氧化、电化学氧化和光催化氧化等技术。吸附技术在这些技术中呈现了很多优点，其处理速度快，污染物残留浓度低，可回收利用，操作方便，是一种很好的处理此类废水的方法。

吸附法的核心为吸附剂，常见的吸附剂包括活性炭、离子交换树脂和硅胶等，这些吸附剂有很长的应用历史，但存在着成本高，不易降解和容易产生二次污染等不足。近年来涌现出天然高分子吸附剂和纳米碳吸附剂以及这些材料的复合吸附剂，它们具有吸附效率高，速度快，二次污染小的特点，具有广阔的应用前景，其中纳米碳吸附剂以其高比表面积，高吸附效率尤为受人关注。石墨烯是一种性能优异的纳米碳材料，其化学前体氧化石墨烯(GO)由于具有高的比表面积和丰富的官能团等特点，十分有利于吸附水体中污染物，但由于氧化石墨烯是纳米材料，不方便收集和回收，因此使用起来操作不方便。

发明内容

发明目的：针对现有吸附剂开发技术中存在的吸附效率低和难回收等问题，本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球吸附剂，将吸附性能优异的纳米级氧化石墨烯用海藻酸钠固定合成凝胶状氧化石墨烯/海藻酸钠微球吸附剂(GA)，此吸附材料对废水中的阳离子染料有很高的去除效率，操作方便，且具有很高的回收利用率，满足实际应用需求。本发明的另一目的是提供一种上述一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球的制备方法。本发明还有一目的是提供上述一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球的用途。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球，是直径为2～3mm的凝胶状小球，带负电，氧化石墨烯、海藻酸钠的质量比为20～30:1～2。

所述的氧化石墨烯、海藻酸钠的质量比为20:1。

所述的氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球的制备方法，步骤如下：

1)取5g石墨粉和2.5g硝酸钠，置于冰水浴中，加入115mL浓硫酸；取15g高锰酸钾，搅拌分次加入反应体系，控温在30-32℃反应；分次滴加水，并以此使体系升温至95±3℃左右，加入50mL的30％的过氧化氢，60±2℃下反应，反应完成后，倒出上清液，抽滤反应物，5％盐酸冲洗，得产物氧化石墨烯；

2)配海藻酸钠溶液，与氧化石墨烯共溶于溶液中超声震荡，海藻酸钠溶液与氧化石墨烯的质量比为20～30：1～2；

3)配2～3％氯化钙溶液作为凝固浴，将超声振荡好的上述氧化石墨烯/海藻酸钠凝胶液用针管打入凝固浴中，得到凝胶球；

4)将凝胶球置于戊二醛溶液中浸泡，超纯水水洗后即得产物氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球。

所述的氧化石墨烯、海藻酸钠的质量比为20:1。

所述的氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球作为吸附剂的应用。

所述的氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球在染料吸附中的应用。

所述的氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球在水处理中的应用。

海藻酸钠是天然高分子材料，具有生物可降解性，生物相容性好，来源广泛等优点，石墨烯及其化学前体氧化石墨烯由于具有高比表面积以及表面官能团丰富等特点，十分有利于吸附水体中不同污染物，是一种具有广泛应用潜力的新型吸附材料，本发明为了解决石墨烯类吸附材料在吸附过程中操作方便和快速分离问题，用海藻酸钠来固定氧化石墨烯，合成氧化石墨烯和海藻酸钠的复合微球(GA)，从而能解决石墨烯作为吸附剂在使用操作过程中的分离和收集的问题，拓宽石墨烯类材料在环保领域的应用。

有益效果：与现有技术相比，本发明的GA小球，操作使用方便，对其吸附性能研究发现对去除废水中的阳离子染料方面有很高的去除效率，并且具有很高的回收利用率，因此在吸附和水处理领域中均具有广泛的用途，具有很好的实用性。

附图说明

图1是GA的红外谱图；

图2是GA的zeta电位图；

图3是GA对染料结晶紫吸附的pH依赖性结果图；