[发明专利]一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸及其制备方法，石墨烯基三维纤维纸在无纺布基底上制备有多孔石墨烯复合材料，石墨烯复合材料中的石墨烯表面修饰有金属离子，金属离子和石墨烯表面的亲水基团结合，使得石墨烯不具有亲水性，同时因为石墨烯表面具有较多的C＝O憎水功能团，使得石墨烯具有疏水功能；结合石墨烯复合材料为多孔状的，使得该纤维纸具有蜂窝状多层孔结构，且石墨烯本身具有超大的比表面积，使得该材料能够充分的吸收油气分子，使得该材料均在油吸附过程中形成小型储油室，增加油吸附效率和油水分离效率，同时，其对水面上的油污有着良好的去除能力，可用于环境保护。

【技术领域】

本发明属于油水分离处理领域，具体涉及一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸及其制备方法。

【背景技术】

海洋占了地球71％的表面积，为人类提供了丰富的资源，海洋污染已严重威胁人类的生存和生态环境的健康，而溢油是人类污染海洋的主要形式之一。溢油事故主要来源于石油开采平台设施的破裂，船舶运输过程中的翻船、搁浅、储油和输油设施的破损等。虽然漏油事故属于偶发性事故，但是每次泄露的量大则上百万吨，小也有几万吨。吸油材料作为物理法处理漏油的一种是处理海洋溢油的最早手段之一，是一种简单有效的环保方法，优点是原材料丰富、使用安全、价格低廉、见效快、可多次使用。目前吸油材料的发展越来越受到重视，如何高效的将油水进行分离在环境保护和油气回收再利用等方面具有非常重大的意义。

油水分离材料作为一个已有很长历史的研究领域，人们为了达到油水分离的效果已经开发了很多传统的方法，如重力分离，离心，超声分离，曝晒，电场分离，混合沉淀和生物富集等。这些物理的、化学的和生物的方法均已在油水分离中得到了广泛应用，并在大多数情况下通过几种方法结合可以达到油水分离的需求。然而，传统方法不仅分离效率低下，还具有占地面积大及可能造成二次污染等缺陷，这促使人们开发了一系列更有效率的方法。

石墨烯材料具有疏水的表面润湿性及很高的理论比表面积，在制备油水分离材料方面具有一定的应用潜力。近两年来，已有多孔石墨烯基材料和海绵状的石墨烯材料等用于吸油材料的制备方面的报道。石墨烯海绵在清除石油产品及有毒有机溶剂的表现上远远超过所使用的传统吸附剂，然而，由于石墨烯并不具备超疏水的表面润湿性能，以上这些材料在吸收油相液体的同时也会吸收部分水相液体，这一选择性不佳的特点限制了其在油水分离过程中的实际应用，降低了使用效率。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸及其制备方法；该材料由于多孔结构和大的天然比表面积而对机油和原油的吸附量大大增加，其对水面上的重油有着良好的去除能力，并具有出色的循环使用性能，不需要化学试剂，并且该过程是环境友好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸，包括无纺布基底，无纺布基底上附着有多孔石墨烯复合材料，所述多孔石墨烯复合材料为表面修饰有金属离子的多孔石墨烯，多孔石墨烯的孔径大小为100nm-1μm。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述金属离子为锌离子、银离子或铝离子。

一种用于油水分离的石墨烯基三维纤维纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将预处理后的氧化石墨烯粉末在去离子水中超声分散并离心分离，形成前驱液，将前驱液和氯乙酸及金属离子盐溶液混合形成混合溶液，混合溶液水热反应后制得被金属离子修饰的石墨烯复合材料；将被金属离子修饰的石墨烯复合材料超声分散在去离子水中，得到被金属离子修饰的石墨烯分散液。

(2)在无纺布上通过射频磁控溅射技术制备ZnO种子层；然后通过化学水浴法在纺布上合成ZnO纳米阵列，形成有ZnO纳米阵列的无纺布基底；