[发明专利]磁性氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种磁性氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：将六水三氯化铁、醋酸钠、表面活性剂和乙二醇加入反应釜中，再加入氧化石墨烯(GO)进行反应，反应后冷却至室温，经磁性分离、洗涤和干燥后得到Fe₃O₄@GO；将所述Fe₃O₄@GO与亚铁盐水溶液以及丙烯酸混合后得到混合溶液，将所述混合溶液超声分散后通入惰性气体并进行辐照处理；对所述辐照处理后的产物进行磁性分离、洗涤和干燥，得到磁性氧化石墨烯复合材料(Fe₃O₄@GO‑g‑PAA)。本发明的磁性氧化石墨烯复合材料可增加GO的吸附位点，以提高其与重金属离子的吸附效果，同时材料中的磁性纳米粒子具有独特的外磁场响应特性，存在易分离的优点，吸附后可易于回收，避免了二次污染。

技术领域

本发明涉及纳米材料及环境科学技术领域，尤其涉及一种磁性氧化石墨烯复合材料、制备方法及其在重金属离子吸附中的应用。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，污染物的排放已使环境日趋恶化，其中重金属污染已成为最严重的环境生态污染之一。重金属离子如镉(Cd²⁺)、铅(Pb²⁺)等是一类具有强致癌、致畸、致突变作用且长期存在于环境中的无机污染物，具有难降解、易积累、毒性大等特性。这类重金属离子在电镀、冶炼、污水灌溉、化肥和农药等领域被广泛应用，它们也随着生产污水最终排放到环境中，不仅会破坏水生态环境，还具有通过食物链危害到水生生物和人类的健康，在许多城市已经发现这类重金属离子严重超标。目前，对于这类重金属离子污染废水的处理方法有化学沉淀法、电动力学修复法、生物聚焦法及吸附法等。其中，吸附法由于具有效果显著、操作简单以及成本低廉等特点被广泛应用。但是传统的吸附剂具有难以回收、容易造成二次污染的缺点。因此，易于回收的磁性吸附材料的制备和应用备受关注。

石墨烯是一种具有二维单层碳原子结构的新型材料，由于其特殊的物理性质，如具有独特的中空结构、高比表面积、良好的热稳定性及优异的机械强度，在基础研究和实际应用上引起了广泛的研究兴趣。而氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)是石墨烯的一种衍生物，不仅具有较大比表面积，表面还含有大量含氧基团，并且易于表面修饰，对重金属离子具有良好的吸附效果。

文献(Dong Z,et al.J.Mater.Chem.A,2014,2,5034–5040；Pakulski D,etal.J.Mater.Chem.A,2018,6,9384–9390.)和专利(中国发明专利CN108905981；中国发明专利CN110065988)报道的GO作为重金属离子吸附材料时，主要存在吸附位点较少，导致去除效率不高；同时，GO是一种纳米材料，在吸附重金属离子后，很难进行回收，非常容易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性氧化石墨烯复合材料及其制备方法，解决GO吸附位点少、难回收和易造成二次污染，以及现有合成方法条件苛刻、操作复杂的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的方案为：

一种磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将六水三氯化铁、醋酸钠、表面活性剂和乙二醇加入反应釜中，再加入氧化石墨烯进行反应，反应后冷却至室温，经磁性分离、洗涤和干燥后得到Fe₃O₄@GO；

将所述Fe₃O₄@GO与亚铁盐水溶液以及丙烯酸混合后得到混合溶液，将所述混合溶液超声分散后通入惰性气体并进行辐照处理；

对所述辐照处理后的产物进行磁性分离、洗涤和干燥，得到磁性氧化石墨烯复合材料(Fe₃O₄@GO-g-PAA)。