一種基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)、制備方法及其應(yīng)用，屬于環(huán)保應(yīng)用材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，重金屬廢水的排放量不斷增大，這已成為嚴(yán)重的社會(huì)問題。重金屬可以通過水體富集的方式對(duì)水環(huán)境及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成危害，并可通過接觸或者經(jīng)食物在人體內(nèi)聚集，誘發(fā)各種疾病，危害對(duì)人類的身體健康。因此，研發(fā)一種高效、高吸附容量、高度選擇性、高吸附穩(wěn)定性的新型吸附材料迫在眉睫。
[0003]目前，有效去除水體重金屬的方法有:化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、膜過濾法、電化學(xué)法等。其中，吸附法因吸附效率高、去除能力強(qiáng)、無二次污染、吸附材料可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。在眾多的吸附材料(如活性炭、納米金屬氧化物、殼聚糖、腐殖酸等)中，納米金屬氧化物由于具有比表面積大、吸附活性強(qiáng)、選擇性高等優(yōu)勢(shì)成為處理水體重金屬污染的最有前景的材料之一。由于納米金屬氧化物對(duì)重金屬具有吸附效率高、吸附容量大、反應(yīng)速率快、處理工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于去除水體重金屬，但存在一些亟待解決的技術(shù)瓶頸。
[0004]石墨稀(graphene)是一種單層片狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料，理論比表面積高達(dá)2600m2/g及力學(xué)性能優(yōu)異(1060GPa)。氧化石墨稀是石墨稀功能化的衍生物，氧化石墨稀的結(jié)構(gòu)與石墨烯類似，接近平面并呈現(xiàn)二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所不同的是，氧化石墨烯表面富含有多種含氧官能團(tuán)，如C-0，C-00H，C-0H等。氧化石墨烯由于表面存在大量的高反應(yīng)活性的含氧官能團(tuán)，并且具有類似于石墨烯的突出的力學(xué)性能和較大的比表面積，不僅可以與多種金屬氧化物結(jié)合形成復(fù)合材料，并且能夠吸附多種離子，特別適合作為環(huán)境友好的吸附劑，并具有可重復(fù)利用以及吸附平衡時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。而且，通過氧化石墨烯與金屬氧化物復(fù)合后能提高其吸附能力，并能使金屬氧化物與織網(wǎng)復(fù)合形成牢固的復(fù)合材料，使氧化石墨烯與金屬氧化物在吸附之后能較容易地從水中取出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:提出一種不明顯降低水的流速的前提下高效去除重金屬的基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)、制備方法及其應(yīng)用。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)的制備方法，包括下述步驟:
[0007](1)在20?60°C下分別配制1?15mg/mL氧化石墨稀溶液、0.05?0.4mol/I^MgCl2溶液、0.05 ?0.4mol/L 的 Na2C03 溶液；
[0008](2)在步驟1的溫度下將上述氧化石墨烯溶液與表面活性劑、MgCl2、Na2C03充分混合，并劇烈攪拌后靜置；
[0009](3)將靜置后得到的沉淀用無水乙醇進(jìn)行清洗，便可得到直徑為1?lOum的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球；
[0010](4)將制備得到的石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球配制成溶液，將織網(wǎng)浸泡于溶液中，取出后晾干。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟2中的表面活性劑為CTAB、SDS、SDBS或Triton X-100。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟2中的攪拌速度為200?800rpm磁力攪拌，攪拌時(shí)間為5?30min。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟2的靜置時(shí)間為12?72h。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟3的清洗次數(shù)為5次。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟4的織網(wǎng)材質(zhì)為滌綸、丙綸、錦綸、氨綸或腈綸，尺寸為5X5cm。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟4的浸泡溶液為水或無水乙醇，所述浸泡溶液的濃度為lmg/ml?100mg/ml，浸泡時(shí)間為lOmin?200min。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟4的織網(wǎng)分別用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗lOmin，超聲功率為600W。
[0018]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的另一技術(shù)方案是:一種基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)的制備方法所制得的氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)，所述復(fù)合織網(wǎng)的比表面積為52.7m2/g。
[0019]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的另一技術(shù)方案是:一種基于氧化石墨烯的水處理復(fù)合織網(wǎng)的應(yīng)用，可用于處理工業(yè)管道污水或河道重金屬污染領(lǐng)域。
[0020]有益效果:
[0021 ]該方法以氧化石墨烯、MgCl2、Na2C03作為原料，以十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑，以無紡布作為骨架，通過低溫液相合成法，得到所述的復(fù)合織網(wǎng)。本發(fā)明能夠制備得到尺寸分布均勻、分散性好的氧化石墨烯一堿式碳酸鎂微米球，復(fù)合微米球能均勻地與無紡布結(jié)合形成高效處理含重金屬離子的水。在本發(fā)明中不但結(jié)合了金屬(氫)氧化物與氧化石墨烯在重金屬離子處理中的優(yōu)勢(shì)，而且能夠擁有在使用、回收便捷方面的特點(diǎn)，且具有制備工藝過程簡(jiǎn)單、容易控制等優(yōu)勢(shì)。
[0022]本發(fā)明通過低溫液相法制備了氧化石墨-堿式碳酸鎂復(fù)合微球，并通過浸泡之后得到了高效水處理的復(fù)合織網(wǎng)。采用透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡表征了氧化石墨-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的形貌，用拉曼光譜表征了氧化石墨烯球與石墨烯球的成分。結(jié)果表明，此方法能夠制備出尺寸均一、可控的可用于處理水中重金屬離子的氧化石墨-堿式碳酸鎂復(fù)合微球。此外，本發(fā)明還具有制備線路簡(jiǎn)單，合成成本低，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0023]該氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球可用于高效處理水中的重金屬，與織網(wǎng)復(fù)合之后能夠在不明顯降低水的流速的前提下高效去除重金屬。由于氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的直徑可控、分布范圍窄、比表面積大、吸附量大等特點(diǎn)，這使得氧化石墨烯復(fù)合織網(wǎng)在處理工業(yè)管道污水、河道重金屬污染等方面將具有廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]圖1為實(shí)施例1制備的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的紅外光譜圖；
[0026]圖2為實(shí)施例1制備的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的掃描電鏡照片；
[0027]圖3為實(shí)施例1制備的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的透射電子顯微鏡照片；
[0028]圖4為氧化石墨烯基復(fù)合織網(wǎng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下述實(shí)施例中所用的試驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0030]下述實(shí)施案例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0031 ]本發(fā)明下述實(shí)施案例中所用的氧化石墨稀溶液是通過Hu_ers法制備得到。
[0032]實(shí)施例1
[0033](1)在35°C下分別配制0.2mol/L的MgCl2溶液和Na2C03溶液。
[0034](2)在35°C下，將0.16g氧化石墨烯加入到40mL MgCl2溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌希粚?.5g表面活性劑SDS加入到40mL Na2C03溶液中充分?jǐn)嚢?攪拌速度為400rpm)混合。待攪拌均勻后將Na2C03溶液迅速加入到MgCl2溶液中，此時(shí)氧化石墨烯的濃度為2mg/mL并劇烈攪拌30min (攪拌速度為600rpm)后置于35°C下靜置24h。
[0035](3)將靜置后得到的沉淀用無水乙醇進(jìn)行離心清洗5次后，便可得到直徑為4um的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球。
[0036](4)將制備得到的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球配制成20mg/mL的酒精溶液，將經(jīng)酒精超聲清洗后尺寸為5cmX5cm的丙綸織網(wǎng)浸泡于上述溶液中30min后，取出后晾干，便可制備得到高效水處理的復(fù)合織網(wǎng)。
[0037]圖1為氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的紅外光譜圖；圖2為上述氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的掃描電子顯微鏡照片；圖3為氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球的透射電子顯微鏡照片。圖4為高效水處理復(fù)合織網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可以看出氧化石墨烯已經(jīng)與堿式碳酸鎂微球復(fù)合成功;而圖2可以清晰地看到復(fù)合微球分散均勻、尺寸均一，粒徑約為4um;圖3則可以辨別出氧化石墨烯包覆在了堿式碳酸鎂微球的表面；圖4的結(jié)構(gòu)示意圖則說明了復(fù)合織網(wǎng)包括織網(wǎng)骨架(1)、氧化石墨烯層(2)、以及堿式碳酸鎂微球?qū)?3)，其中氧化石墨烯層(2)和堿式碳酸鎂微球?qū)?3)包裹在織網(wǎng)骨架(1)上，氧化石墨烯層(2)位于織網(wǎng)(1)和堿式碳酸鎂微球?qū)?3)之間，氧化石墨烯層(2)—方面起到吸附重金屬離子的作用，但另一方面更重要的是起到連接堿式碳酸鎂微球?qū)?3)和織網(wǎng)骨架(1)的作用。
[0038]實(shí)施例2
[0039](1)在20°C下分別配制0.2mol/L的MgCl2溶液和Na2C03溶液。
[0040](2)在20°C下，將0.16g氧化石墨烯加入到40mL MgCl2溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌?；?.5g表面活性劑SDS加入到40mL Na2C03溶液中充分?jǐn)嚢?攪拌速度為400rpm)混合。待攪拌均勻后將Na2C03溶液迅速加入到MgCl2溶液中，此時(shí)氧化石墨烯的濃度為2mg/mL并劇烈攪拌20min (攪拌速度為600rpm)后置于20°C下靜置72h。
[0041](3)將靜置后得到的沉淀用無水乙醇進(jìn)行離心清洗5次后，便可得到直徑為3um的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球。
[0042](4)將制備得到的氧化石墨烯-堿式碳酸鎂復(fù)合微球配制成40mg/mL的酒精溶液，將經(jīng)酒精超聲清洗后尺寸為5cmX5cm的丙綸織網(wǎng)浸泡于上述溶液中90min后，取出后晾干，便可制備得到高效水處理的復(fù)合織網(wǎng)。
[0043]實(shí)施例3
[0044](1)在30°C下分別配制0.2mol/L的MgCl2溶液和Na2C0