[发明专利]用于去除地下水中污染物的修复材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种用于去除地下水中污染物的修复材料、其制备方法及应用。所述修复材料是由氧化石墨烯和氨基化石英砂按质量比1:25～250经混合、干燥形成的氧化石墨烯/氨基化石英砂复合材料。本发明通过将正硅酸乙酯在十六烷基三甲基溴化铵作用下水解缩聚于石英砂表面形成二氧化硅包覆层，进而使用3‑氨丙基三乙氧基硅烷对石英砂表面二氧化硅包覆层进行氨基化改性，最后利用氧化石墨烯所携带的羧基官能团与石英砂表面的氨基发生酰胺化反应，使得氧化石墨烯包覆于石英砂表面。本发明反应条件简单，无有毒有害物质产生，氧化石墨烯与石英砂结合稳定，易于收集处理，可吸附去除多种重金属离子和有机污染物，且处理过程中无二次污染产生。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地说是一种可同时去除地下水中重金属和有机污染物的修复材料、其制备方法及应用。

背景技术

由于长期以来粗放的环境安全管理模式、无序的工业废水排放或泄漏及金属渣的堆放形成了区域性水体重金属和有机物污染，由于其在水体中的持久性和难以去除性，导致重金属离子容易在动植物和人体中富集，而有机污染物因其致癌性也越来越引起人们的重视。日趋严重的水体污染已对我国的食品安全、饮水安全、区域生态环境、经济社会可持续发展甚至社会稳定构成了严重威胁与挑战。因此，水体污染的处理与净化技术已成为目前研究的热点方向。经过多年的研究，目前已有多种方法可有效去除水体中的污染物，如化学沉淀、电化学、薄膜过滤、离子交换和吸附法等。在这些方法中，吸附法由于其具有成本低、易操作、可循环使用等优点而受到研究人员的青睐，而吸附法的关键在于寻找合适的吸附剂材料。除传统的活性炭、沸石等吸附剂外，近年来研究人员相继采用了壳聚糖、木质素、零价纳米铁等新型吸附剂，在吸附领域取得了一系列研究进展。相比较其他吸附材料，氧化石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有良好的亲水性，超大的比表面积并携带大量含氧官能团，使其对水中重金属及有机污染物具有超强的吸附潜力，远超其他碳纳米材料在内的现有各种修复材料。

然而，目前将氧化石墨烯单独用于实际地下水污染修复还存在一定难度，如氧化石墨烯之间存在强烈的π-π键作用，导致其易团聚，减少比表面积，影响处理效果；氧化石墨烯由于其优异的亲水性导致其难以从地下水中有效分离，易造成二次污染。石英砂由于其稳定的物理化学性质、生物相容性和表面改性等性质而被广泛应用于水污染处理领域，因此，石英砂成为一种理想的氧化石墨烯载体而进行了一系列研究，然而目前的氧化石墨烯/石英砂复合材料的制备方法仍难以实际用于地下水污染处理中。例如，专利申请文件(申请号：201811108081.1)公开了一种氧化石墨烯负载石英砂的制备方法，该方法制备方法简单，通过将氯化铁和氧化石墨烯共同在高温作用下负载于石英砂上，即可得到氧化石墨烯/氯化铁改性石英砂，且对水中污染物具有一定的去除效果。但其缺陷在于，其氧化石墨烯负载于石英砂上以物理负载为主，氧化石墨烯与石英砂之间的稳定性不足，其在使用过程中氧化石墨烯容易脱离而造成二次污染；除此之外，在其合成过程中由于高温作用导致氧化石墨烯的部分含氧官能团被还原，从而降低其对重金属的吸附性能。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可同时去除地下水中重金属和有机污染物的修复材料、其制备方法及应用，以克服现有氧化石墨烯的缺陷与不足，有效改善现有氧化石墨烯与石英砂结合后不稳定，吸附性能差等的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种用于去除地下水中污染物的修复材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在60℃下，将十六烷基三甲基溴化铵加入含有石英砂的水中，持续搅拌至完全溶解后，加入0.3mol/L的氢氧化钠溶液和正硅酸乙酯，继续反应3h后，将反应物抽滤，使用纯水、无水乙醇洗涤后在40℃烘箱干燥，得到二氧化硅包覆的石英砂。其中V(水)：m(石英砂)：m(十六烷基三甲基溴化铵)：V(氢氧化钠溶液)：V(正硅酸乙酯)＝1：20～80：6～10：0.1～0.5：0.03～0.1，V为溶液体积(mL)，m为物质的重量(mg)。