[发明专利]基于磁性氧化石墨烯的重金属吸附材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于磁性氧化石墨烯的重金属吸附材料及其制备方法与应用，磁性氧化石墨烯是采用氧化石墨烯水溶胶、FeCl₃·6H₂O、FeCl₂·4H₂O和柠檬酸钠作为原料并且通过原位共沉淀反应制备得到。本发明提供的磁性氧化石墨烯的制备方法简单，条件温和，对水中Cu(Ⅱ)具有高吸附容量和快速、高效的吸附性能；易于从水中分离，可以循环使用，是一种环境友好的吸附材料。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种基于磁性氧化石墨烯的重金属吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术

矿山、冶炼、电池、电解、电镀、印染、纺织、肥料、农药等工业生产活动产生大量的含重金属废水，引起越来越严重的环境污染问题。重金属难以被生物降解，可通过食物链循环进入动植物体内，并持续富集，破坏生态系统，威胁人类健康。有效治理重金属废水，是人类面临的重要课题之一。重金属废水的处理方法主要有化学沉淀法、吸附法、膜分离法、电化学法、絮凝法等。其中，吸附法因成本低廉、操作简便、处理效率高，被认为是最具潜力的方法之一。

工业上常用的吸附材料有：活性炭、沸石、聚合物等。然而，这些材料普遍存在吸附容量低，吸附平衡时间长，固液分离不便等问题，导致效率低下。石墨烯具有极高的比表面积(理论值：2630m²·g^-1)，氧化石墨烯具有相似的结构，可通过石墨的氧化而制得。氧化石墨烯含有大量含氧官能团，如，羧基、羟基、羰基、环氧基等，因而对重金属离子具有强吸附能力。然而，氧化石墨烯高度亲水，在水中的分散性良好，导致回收困难，引发二次污染。磁性氧化石墨烯可借助外磁场，从水相高效脱离，是一种前景看好的吸附材料。

Jie Teng等通过180℃水热反应制备了氧化石墨烯-淀粉复合物，该复合物对水中Cu(Ⅱ)的最高吸附量为32.12mg/g。Zhi-Hang Wang等通过酯化反应制备了酒石酸修饰的氧化石墨烯，该材料对水中Cu(Ⅱ)60分钟达到吸附平衡，最高吸附量为374.53mg/g。Ning Sui等制备了聚乙烯亚胺修饰的磁性氧化石墨烯，该材料对水中Cu(Ⅱ)30分钟达到吸附平衡，最高吸附量为157mg/g。Limei Cui等通过200℃水热反应制备了EDTA修饰的磁性氧化石墨烯。对吸附数据的Langmuir等温吸附模型拟合给出，该吸附材料对水中Cu(Ⅱ)的最高吸附量为301.2mg/g。

由此可知，就吸附性能而言，以上报道的石墨烯及其衍生材料普遍存在吸附量不高，效率低的不足。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种基于磁性氧化石墨烯的重金属吸附材料及其制备方法，并且提供磁性氧化石墨烯作为水中重金属离子吸附材料的应用探索。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1：将FeCl₃·6H₂O、FeCl₂·4H₂O和柠檬酸钠溶解于水中，得到混合溶液；S2：在分散均匀的氧化石墨烯水溶胶中滴加混合溶液，滴加完毕后继续搅拌；S3：在S2得到的反应体系中滴加氨水，滴加完毕后降温，然后继续搅拌；S4：将S3得到的反应体系冷却至室温，然后过滤，收集固体产物；将固体产物清洗后干燥，得到磁性氧化石墨烯。需要说明的是，S1中的水优选为去离子水；S3中滴加氨水以使反应体系的pH值保持在10～11，S4中优选采用去离子水清洗数次。

优选地，S1中，FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O的摩尔比为1：(1.8～2.3)，柠檬酸钠和FeCl₃·6H₂O的摩尔比为1：(2～4)；FeCl₃·6H₂O的浓度为0.05～0.2mol/L。