[发明专利]一种石墨烯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯材料及其制备方法和应用。该石墨烯材料为具有粗糙表面的酰胺化石墨烯气凝胶，其中，石墨烯表面含有的具有吸附性的酰胺基团。本发明提供的石墨烯材料，一方面，基于石墨烯表面的酰胺基团，可有效地吸附水环境中的重金属离子；另一方面，基于粗糙的表面结构，材料具有更大的比表面积，即单位体积的材料具有更多的吸附位点，从而有利于提升材料的吸附容量。因此，本发明提供的石墨烯材料对重金属离子具有较优的吸附效果，在污水处理领域具有广阔的应用场景。

技术领域

本发明涉及水处理领域，其主要涉及一种石墨烯材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的不断发展，环境污染问题日益突出。其中，重金属污染由于其不可降解、生物累积和生物放大特性以及较强的生物毒性受到社会的广泛关注。目前对于水体中重金属污染的处理方法包括：吸附法、电化学法、生物提取法等。其中，吸附法以其操作简便、高效快速而成为处理重金属污染水体的首选方法。

石墨烯气凝胶，具有轻质(密度可低至1mg/cm³)、可压缩、耐火等优点，已经成为新的吸附材料研究热点。目前，石墨烯气凝胶主要通过还原法得到，例如通过抗坏血酸、乙二胺等还原剂在一定温度(90-120℃)下对氧化石墨烯溶液进行还原得到水凝胶，最后通过冷冻干燥或者超临界二氧化碳干燥得到石墨烯气凝胶。被还原的石墨烯层之间通过范德华力和π键堆叠的形式形成三维骨架结构。通过还原法得到的石墨烯气凝胶具有10-100微米级左右的孔隙结构，还具备较好的弹性。并且，广泛存在于石墨烯平面上的π键使得石墨烯气凝胶适合吸附烷烃、油类等非极性污染物，但对重金属离子等离子型污染物的吸附性能很差。这是由于制备时发生的还原反应过程，氧化石墨烯层上原有的丰富含氧基团被去除，这些含氧基团是良好的特异性吸附位点。所以以还原过程为基础的制备方法使得石墨烯气凝胶失去了对重金属等离子型污染物的吸附能力。

因此，如何提高石墨烯材料对重金属离子的吸附性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型的石墨烯材料及其制备方法和应用。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种石墨烯材料，所述石墨烯材料为具有粗糙表面的酰胺化石墨烯气凝胶；所述粗糙表面用于吸附重金属。

可选地，所述石墨烯材料的孔径为1～10μm；

所述石墨烯材料的石墨烯层表面含有吸附重金属的基团；所述基团包括酰胺基。

第二方面，本发明提供了一种石墨烯材料的制备方法，所述方法用于制备上述第一方面所述的石墨烯材料；所述方法包括：

步骤1，向氧化石墨烯溶液中，加入氢氧化钠和一氯乙酸，进行超声反应，对反应后的体系进行离心，得到羧基化石墨烯初品；

步骤2，以纯水作清洗剂，对所述羧基化石墨烯初品进行洗涤，得到表面粗糙的羧基化石墨烯；

步骤3，将所述表面粗糙的羧基化石墨烯超声分散于纯水中，得到羧基化石墨烯溶液，并向所述羧基化石墨烯溶液加入乙二胺，混合混匀，再置于第一反应条件下反应，反应结束后，得到第一反应体系；

步骤4，对所述第一反应体系进行离心，并对离心后的固体进行纯水洗涤、冷冻干燥，得到表面粗糙的石墨烯材料。

可选地，在所述步骤1中，所述氧化石墨烯溶液的溶剂为纯水，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1～5g/L；

所述氧化石墨烯与所述氢氧化钠的质量比为1:1～4；

所述氧化石墨烯与所述一氯乙酸的质量比为1：1.5～3；

所述超声反应的时间为10～15h；所述超声反应的温度为室温。

可选地，在所述步骤3中，所述羧基化石墨烯溶液的浓度为8～12g/L；