[发明专利]一种石墨烯-活性炭多层多孔材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯‑活性炭多层多孔材料的制备方法，属于吸附材料技术领域，其特征在于，包括活性炭粉碎预处理、活性炭碱活化、烟花石墨烯包裹活性炭、与海藻酸钠共混包覆、高温处理、干燥的等操作步骤；将活性炭、石墨烯以及廉价的海洋生物材料海藻酸钠相结合，把材料进行由里到外的造孔，制备了具有丰富孔结构的碳材料，比表面积高，吸附能力高，易于回收和重复利用。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种石墨烯-活性炭多层多孔材料的制备方法。

背景技术

随着世界各国工业化进程的加速，经济得到了发展，人们的生活水平有了很大的提高。但工业化过程带来的日益严重的环境污染成为人们不可回避的重要问题。大量工业废水未经处理直接或间接排入水体，导致水质状况严重，生态环境遭到破坏。随着国家对污水排放标准越来越严格，基于高浓度、外加计量反应试剂为基础的传统的污水处理方法如电解法、化学沉淀法、离子交换法、催化降解等已很难使处理水达到标准。因此，如何有效地处理水体污染问题已经成为水处理领域的热点研究课题。

吸附法是通过吸附剂自身特点（比表面积大和多孔结构）或者吸附剂表面活性基团与吸附质的键合作用，选择性的使微污染物富集分离的水处理方法，是一种简单的、有前景的而且是已经被广泛应用的水净化处理工艺。当多孔性固体（如活性炭、吸附树脂等）与废水接触时，染料中的某些物质碰撞固体表面，物质因受到不平衡的力的吸引而停留在吸附剂的表面，从而达到净化废水的目的。常用的吸附剂有活性炭、焦炭、纤维系列、木屑、硅藻土、煤灰等。

英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫因在二维空间材料石墨烯的开创性研究获得2010年诺贝尔物理学奖以来，石墨烯这一新型的碳材料已经成为材料科学领域的研究热点。石墨烯因其特殊二维结构使其蕴含了丰富而新奇的物理化学现象，表现出优异的电学性能，力学性能和导热性能，预计在未来的计算机芯片材料、太阳能电池、电容器、纳米功能器件等方面有着广阔的应用前景。石墨烯的单层二维纳米结构也赋予了其良好的分子吸附性能。初步研究结果发现，石墨烯对CH₄、H₂、NH₃、NO₂、Xe、CO₂等气体分子都具有很好的吸附能力，且石墨烯对重金属离子也具有很好的吸附能力。石墨烯用作吸附剂去除污水中微污染物的研究工作刚刚起步，在水环境吸附材料方面有着巨大的应用潜力。

目前用来水处理的活性炭多是由煤炭、果壳或木屑等为原料通过物理或化学活化制成，但是仍然存在比表面积偏低、吸附容量小、不易回收、污染水体、重复利用率低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种石墨烯-活性炭多层多孔材料的制备方法，将活性炭、石墨烯以及廉价的海洋生物材料海藻酸钠相结合，比表面积高，吸附能力高，易于回收和重复利用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种石墨烯-活性炭多层多孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）活性炭预处理：将活性炭材料粉碎至粒径小于5μm；

活性炭的粉碎方法可采用球磨法或气流粉碎法，其中球磨法的具体操作为将活性炭材料加入到球磨罐中球磨10h-48h；

粉碎的目的在于降低活性炭的粒径，一是增加活化点位，二是便于氧化石墨烯对活性炭的包裹；

b）活性炭活化：把球磨后的活性炭加入到浓度为10%-40%的氢氧化钾溶液中，浸泡1h-24h，过滤烘干；

利用活性炭本身具有的多孔结构，在氢氧化钾溶液中浸泡后，活性炭会把氢氧化钾吸收到其孔内部结构中，目的在于便于后续高温处理时氢氧化钾能起到活化作用；