[发明专利]一种酰胺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种酰胺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。该制备方法包括：先以乙醇作清洗剂，制备表面光滑的羧基化石墨烯；再在乙醇‑水环境中，制得表面光滑的酰胺化石墨烯气凝胶。通过该制备方法，在石墨烯片层表面引入了同时具有生物亲和性和金属离子吸附能力的含氧基团，以使提高石墨烯气凝胶金属离子吸附能力的同时，增强了对微生物的附着能力；并且，基于乙醇环境制备的凝胶表面光滑，减少了石墨烯气凝胶表面的对微生物细胞具有破坏作用的锋利边缘，从而提高了凝胶的生物亲和性，有利于微生物附着。因此，本发明提供的制备方法，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，其主要涉及一种酰胺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的不断发展，水环境的污染问题日益突出。因而，在水环境治理领域中，功能材料的需求越来越大，并且研究者们期望材料能够具备良好的污染物吸附性以及微生物亲和性。石墨烯气凝胶，具有轻质、可压缩、耐火等优点，作为新的吸附材料，成为了本领域技术人员研究首选对象。

然而，制备石墨烯气凝胶的现有技术方案，一方面，由于制备过程中去除了材料中的含氧基团，因而制备的功能材料只能吸附疏水性有机物，对于亲水性有机物、微生物以及重金属离子等污染物，均不能达到净化效果；另一方面，由于本领域技术人员常采用还原法进行制备，而还原后的氧化石墨烯其锋利的单原子层边缘结构，容易通过切割、嵌入和包裹的方式杀死微生物，或者进入微生物细胞内产生大量的活性氧引起严重的氧化应激，因而制备的石墨烯气凝胶材料微生物亲和性很差，难以应用到废水处理的微生物系统中。

再者，传统的石墨烯气凝胶，采用还原反应恢复石墨烯上的π键进而连接不同的石墨烯层，而该方法也使得石墨烯层的锋利边缘容易裸露在外，并且较弱的层间作用力也使得石墨烯层容易脱落。

因此，在水处理领域中，通过现有技术方案制备的石墨烯气凝胶，仍然没有解决对重金属吸附能力差和生物亲和性差的问题。

发明内容

为了克服传统还原法制备得到的石墨烯气凝胶在重金属吸附和生物亲和性方面的不足，本发明提供一种新型的酰胺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种酰胺化石墨烯气凝胶的制备方法，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，对反应后的第一体系进行离心，得到羧基化石墨烯初品；

步骤2，以乙醇作清洗剂，对所述羧基化石墨烯初品进行洗涤，得到表面光滑的羧基化石墨烯；

步骤3，将所述表面光滑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；

步骤4，将乙二胺和乙醇加入所述羧基化石墨烯溶液中，混合均匀，置于第一反应条件下反应，反应结束后，对反应后的第二体系进行后处理，得到表面光滑的酰胺化石墨烯气凝胶。

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。

可选地，在所述步骤4中，所述羧基化石墨烯与所述乙二胺的用量比为1g：30～50mL；

所述乙二胺与所述乙醇的体积用量比为1～4：1；

所述第一反应条件为：反应温度为85℃～95℃，反应时间为9～15h；