[发明专利]一种磁性改性氧化石墨烯水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及水凝胶吸附材料领域，为解决目前水凝胶吸附材料大多存在不易分离再生、不易降解、吸附性能欠缺等问题，本发明提出了一种磁性改性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，利用氧化剂代替传统的Hummers法合成氧化石墨烯，硫脲对其巯基化得到巯基氧化石墨烯，L‑半胱氨酸与其共聚反应，最后通过化学共沉淀法合成磁性改性氧化石墨烯水凝胶。制备的改性磁性氧化石墨烯水凝胶具有良好的分离再生性能及对重金属离子的吸附性能，实现了多种重金属离子的同步吸附，以及吸附材料与废水的快速分离。

技术领域

本发明涉及水凝胶吸附材料领域，具体涉及一种识别多种重金属离子材料的制备方法。

背景技术

随着城市化、工业化快速发展，日趋严重的环境污染威胁着人类健康与社会和谐，环境质量问题引起空前重视，其中含重金属离子的工业废水治理得到广泛关注。目前重金属离子的去除方法有离子交换法、化学沉淀法、膜分离法、吸附法、电化学法等，其中吸附法应用较为广泛，而吸附材料的选择则是关键。水凝胶具有良好的水渗透性、吸附性、生物相容性及降解性，能够同时感知和响应环境变化，是一种良好的环境友好型吸附材料。水凝胶的原料选择直接影响其吸附性能，磁性氧化石墨烯因具有诸多优点成为当前的研究热点。磁性氧化石墨烯保持了氧化石墨烯高比表面积、表面大量含氧官能团的优越吸附性能，同时又具有磁性，能快速分离再生，但缺乏识别智能性，尤其是对具有多种氧化还原价态的重金属离子，因此利用有机合成方法制备可智能识别的氧化还原双功能基团化合物是极有意义的研究。

目前已有专利涉及相关研究，例如，专利号为CN 104043396 B的专利公开了一种将二乙烯三胺嫁接在磁性氧化石墨烯表面制备磁性氨基化氧化石墨烯用于去除水中的二价铜离子；专利号为CN 103601899 B公开了一种以氧化石墨烯、四氧化三铁、聚乙烯醇为原料制成的氧化石墨烯增强磁性水凝胶。综上，现有专利所述的吸附材料大多存在不易分离再生、不易降解、吸附性能欠缺等问题。

发明内容

为解决目前吸附材料大多存在不易分离再生、不易降解、吸附性能欠缺等问题，本发明提出了一种磁性改性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，制备的改性磁性氧化石墨烯水凝胶具有良好的分离再生性能及对重金属离子的吸附性能，实现了多种重金属离子同步吸附以及与废水的快速分离。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种磁性改性氧化石墨烯水凝胶的制备方法为以下步骤：

(1)将石墨粉和亚硝酸钠混合置于0～5℃水浴中，加入浓硫酸，反应1～2h后加入重铬酸钾，反应1～2h，然后加入二氯甲烷为溶剂、间氯过氧苯甲酸，反应1～2h后升温至20～25℃后再加入去离子水后继续反应0.5～1h，过滤、洗涤至中性，40～45℃真空干燥，得到氧化石墨烯；

作为优选，石墨粉与亚硝酸钠的质量比为3～5：1，石墨粉与重铬酸钾的质量比为1：5～8，石墨粉与间氯过氧苯甲酸的质量比为1：5～6。

二氯甲烷为溶剂，使用量为使溶质溶解所用量。

作为优选，浓硫酸质量分数为95％～98％，石墨粉质量与浓硫酸体积比为1g：20～25mL。

作为优选，去离子水与浓硫酸体积比为4～6：1。

作为优选，洗涤采用稀盐酸、饱和碳酸氢钠溶液与去离子水洗涤。所述的稀盐酸质量分数为3％～5％。所述的饱和碳酸氢钠质量分数为10％～20％。

(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)制得的氧化石墨烯和硫脲溶于氢溴酸中，反应20～30min，50～60℃回流12～15h，冷却至室温，0～5℃反应20～30min，加入氢氧化钠溶液反应8～12h，调节溶液pH至2.0～3.0，去离子水重结晶后45～50℃真空干燥，得到巯基氧化石墨烯；

作为优选，氧化石墨烯与硫脲的质量比为1：10～15，硫脲质量与氢溴酸体积比为1g：15～20mL，其中，氢溴酸质量分数为30％～40％。