[发明专利]一种高效净水用纳米石墨烯材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效净水用纳米石墨烯材料。

背景技术

伴随着社会经济的快速发展，水环境污染和水资源短缺问题日益突出，重金属由于其毒性高、不易降解并且易在生物体内富集，成为水体污染中的重要污染物；饮用水卫生事件时有发生，特别是重金属离子污染，严重影响人体健康，因此饮用水的安全卫生已引起社会各界的高度重视；一般的净水装置净化方式单一，仅能在一定程度上解决水的色度、浊度等轻度污染，对重金属离子的去除效果较差。吸附法作为一种物理化学方法，是水净化中的一种重要方法之一，具备成本低廉、脱除效率高、无二次污染、易再生等优势。

众多吸附材料中，碳材料是一种应用最为广泛的吸附材料。凭借优异的力学、热学及电学性能，石墨烯凭借其优异的力学、热学及电学性能使其具有十分广阔的应用前景。与薄膜状、粉末状的石墨烯比，石墨烯不仅在微观上具有纳米材料的本质特征，而且在宏观上又表现出多孔材料的固有性能。石墨烯具有更大的比表面积和表面性能、更高的孔隙率及更疏松的表面结构，在空气净化、催化剂载体等领域具有更大的应用价值。

但是，现有技术中的石墨烯虽然具有很好的吸附性能，但是由于多层石墨烯的疏水性，在水净化方面无法实现高效率的吸附，尤其是无法去除水中低含量的重金属离子。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种高效净水用纳米石墨烯材料，所述纳米石墨烯材料通过以下步骤制备得到：

将氧化石墨烯与烷氧基改性氧化镁的混合物充分分散于烷烃类溶剂中，形成悬浮液；

将悬浮液喷入封闭的容器内，所述容器内的压强低于0.1MPa，所述容器内的温度50-70摄氏度，得到改性氧化石墨烯；

将所述改性氧化石墨烯在封闭的容器内采用还原剂进行还原，得到改性石墨烯海绵；

将改性石墨烯海绵粉碎至1-30微米，与粒径为100-300纳米的硫改性氧化锌在烷烃类溶剂中充分混合，干燥后得到纳米石墨烯材料。

所述氧化石墨烯与烷氧基改性氧化镁的质量比为1：0.1-0.6。

改性石墨烯海绵与硫改性氧化锌的质量比为1：0.01-0.3。

所述烷烃类溶剂选自正己烷、正庚烷、2-甲基正己烷、正辛烷、3-甲基正己烷中的一种或几种。

所述还原剂为肼，还原温度为80-100摄氏度，还原时间为36-48小时。

所述烷氧基改性氧化镁通过以下步骤制备得到：

所述烷氧基改性氧化镁通过100重量份的氧化镁与10-40重量份醇类化合物在有机溶剂中、80-100摄氏度下反应12-48小时后干燥制备得到，所述醇类化合物由丁醇和乙二醇组成，所述丁醇与乙二醇的摩尔比为1：1-5。

所述硫改性氧化锌通过以下步骤制备得到：

室温下，将3-10重量份的氯化锌溶解于100重量份无水乙醇中，得到氯化锌乙醇溶液，静置5-30分钟；

将0.1-2重量份的1-异硫氰基-3-甲硫基丙烷加入至氯化锌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；

保持搅拌第一混合液，将100重量份酸性的乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；

加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；

将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至50-70摄氏度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；

将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到硫改性氧化锌。

由于常规方法制备得到的石墨烯的具有很好的疏水性，导致石墨烯与水无法充分的接触，使得石墨烯的净水能力不高，本发明在石墨烯中引入烷氧基改性氧化镁，由于烷氧基改性氧化镁粒径为纳米级，可以附着在粉碎的石墨烯外表面，利用烷氧基与水的可逆反应，使得石墨烯表面水分可以向石墨烯内部渗透，从而提高了石墨烯从内至外的亲水性，另一方面，将石墨烯与硫改性氧化锌混合后，氧化锌表面的硫可以捕捉重金属离子，即使在水中含有极低量的重金属离子，也能够很好的被本发明的纳米石墨烯吸附。

具体实施方式

在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

下面参照几个例子详细描述本发明。