[发明专利]三维石墨烯宏观体负载纳米零价铁复合材料及制备方法

说明书

一种三维石墨烯宏观体负载纳米零价铁复合材料，所述复合材料的载体为三维石墨烯宏观体，所述三维石墨烯宏观体的比表面积为200～300m²/g，密度为0.01～0.03g/cm³，三维石墨烯宏观体上负载的纳米零价铁颗粒的尺寸为20～100nm，复合材料中纳米零价铁的负载量为10wt％～30wt％。本发明复合材料同时具有三维石墨烯宏观体对染料、有机污染物的优良吸附性能，又具有纳米铁的强还原性，可应用于有机污染物的富集和降解处理；同时，纳米零价铁负载于三维石墨烯宏观体上，有利于纳米铁与污染物靶向接触，易于回收和重复利用，克服了纳米零价铁进入水体后难以回收、存在健康风险的问题。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附降解环境污染物的纳米复合材料，具体涉及一种三维石墨烯宏观体负载纳米零价铁复合材料及制备方法，制备所得的材料同时具备三维石墨烯对有机污染物极强的吸附性能和纳米零价铁粒径小、表面活性高、比表面积大的特点，及该复合材料在染料的吸附、废水中重金属离子和有机污染物的去除中的应用。

背景技术

纳米零价铁颗粒作为一种新兴的工程纳米材料，在受污染地下水和污染场地修复方面表现出优良的降解能力。所谓纳米铁是指1～100nm的铁颗粒。由于尺寸小，因而具有极强的表面活性和巨大的比表面积；同时，铁本身具有成本低廉和环境友好的特征，这都是其被广泛应用于去除各类环境污染物如重金属离子、卤代有机物、无机阴离子和染料的原因。

虽然纳米零价铁在修复污染环境方面具有广阔的发展潜力，但其在实际应用中却面临如下工程难题：(1)纳米零价铁颗粒的小尺寸使其具有高的反应活性，但将其运用于固定床或流动系统环境修复时，却面临压力损失过大和质量传递困难的问题；(2)纳米级的铁颗粒具有高的表面能，加上铁本身较强的磁性，使得纳米零价铁容易团聚形成微米级的团簇，这就使得纳米颗粒应用于环境修复时其活性和降解效率大大降低；(3)纳米铁颗粒应用于地下水原位修复时，很难实现颗粒分离和重复利用，导致颗粒进入水体甚至人体，引起潜在的生态环境风险；(4)由于水中水温条件和各理化参数的复杂性和多样性，特别是水体中多种离子共存，纳米铁颗粒修复环境时，其对目标污染物的靶向降解是很难实现的。

上述问题都向纳米零价铁的工程应用提出了挑战，为了解决这些问题，各国研究人员提出了相应的对策。为了提高纳米铁的脱氯性能和速率，第二种金属元素(如Pd、Ni)被用来合成纳米零价铁的双金属颗粒增加脱氯效率。另外，各种纳米零价铁的复合材料通过负载或表面修饰的方法在实验室被成功合成，这些复合材料在颗粒尺寸和流动性方面具有很好的可控性。目前，用于负载纳米铁基的载体主要有活性炭、生物炭、二氧化硅、膨润土和有机高分子载体等。

碳材料结构稳定、价格适中，广泛用于净水领域。目前在传统的碳材料——生物碳、活性炭基础上开辟了新领域，如多孔碳、介孔炭、碳纳米管、氧化石墨烯等等。相对于传统碳材料，碳基纳米材料有着巨大的表面积、突出的吸附能力以及极高的电子传输速度，用碳纳米管、氧化石墨烯负载纳米零价铁用于降解污染物的文章已经有报道，效果优于传统碳材料，但是碳基纳米材料负载纳米零价铁作为水处理剂关键的难点在于纳米材料通常为粉末状，用于水处理时，存在不易回收、纳米材料进入水体带来的环境问题等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术中纳米铁颗粒的负载与修饰存在的诸多问题，提出了一种三维石墨烯宏观体负载纳米零价铁复合材料及制备方法。本发明制备的三维石墨烯宏观体负载纳米零价铁复合材料，同时具有三维石墨烯宏观体对染料、有机污染物的优良吸附性能，又具有纳米铁的强还原性，可应用于有机污染物的富集和降解处理；同时，纳米零价铁负载于三维石墨烯宏观体上，有利于纳米铁与污染物靶向接触，易于回收和重复利用，克服了目前极为关注的纳米零价铁进入水体后难以回收、会带来潜在健康风险的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：