CN105289502A - 利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣及其处理污染水体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水体有机污染的修复领域，旨在提供利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣及其处理污染水体的方法。该利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法包括步骤：先取甘蔗渣于氨水中浸泡，取出水洗后干燥备用，再制备还原性氧化石墨烯溶液，最后利用还原性氧化石墨烯溶液、聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液，将备用的甘蔗渣制成改性甘蔗渣；该利用改性甘蔗渣处理污染水体的方法为利用改性甘蔗渣吸附有机污染水体中有机污染物，并能重复利用改性甘蔗渣。本发明制备的改性甘蔗渣不仅能极大增加甘蔗渣的疏水性，而且还具有制备简单、安全高效等特点，在处理水体有机污染物方面具有广泛应用前景。

Description

利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣及其处理污染水体的方法

技术领域

本发明是关于水体有机污染的修复领域，特别涉及利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣及其处理污染水体的方法。

背景技术

由于人类活动引起的水体污染尤其是水体有机污染日趋严重，严重威胁生态安全和人体健康，成为困扰现代社会的主要环境污染问题之一。目前关于水体有机污染的修复方法众多，常见的方法有化学方法、生物类方法、物理方法等。其中化学方法简单易行，但是容易对水体造成二次污染。生物类方法对水体环境友好程度高，但是该方法须进行微生物的优化选种，受生长周期限制明显。物理方法因其效率高、周期短，已成为修复水体有机污染物的主要方法之一。

当前，物理方法主要是利用一些吸附材料对水体中的有机污染物进行吸附并对其回收利用。常见的吸附材料例如活性碳、粘土、沸石和有机-无机氢化物等，都能分离去除水体中有机物，但即便如此，这些材料仍然具有各自的不足之处。如沸石，回收性能差，处理复杂，选择吸附性不强；活性炭，不仅产量少，成本高，而且再生率低。

甘蔗渣是农业生产和农产品加工过程中产生的固体废弃物。由于转化利用技术手段落后，传统上甘蔗渣经常被废弃不用、或者多数只用做燃料，其利用率很低，不仅造成了资源的浪费，而且污染环境，因此对甘蔗渣的资源化、高值化利用迫在眉睫。与以上的吸附材料相比，甘蔗渣作为农业废弃物不仅来源广、成本低，而且是天然高分子材料，具有一定的吸附能力，因此在水体有机污染物的修复中具有一定的作用。但是由于甘蔗渣本身疏水性较差，如果不经过改性处理，修复效果不甚理想。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种成本低、操作简单，能安全高效实现有机污染水体修复的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，具体包括下述步骤：

步骤(1)：首先取甘蔗渣于氨水中浸泡2天，浸泡结束取出水洗后，于60℃下干燥，备用；

步骤(2)：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声萃取2h后，然后加入抗坏血酸，在80℃下以120r/min振荡12小时，得到还原性氧化石墨烯溶液；

步骤(3)：把步骤(1)干燥后的甘蔗渣，浸入步骤(2)制备的还原性氧化石墨烯溶液中，浸泡后取出并在40℃下干燥，且重复进行三次本步骤中的浸泡、干燥处理；之后将甘蔗渣加入到聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液中，在85℃下静置12h，直至干燥，获得改性甘蔗渣成品。

在本发明中，所述步骤(2)中加入抗坏血酸后，抗坏血酸在溶液中的浓度为1g/L。

在本发明中，所述步骤(2)中，制备得到的还原性氧化石墨烯溶液的浓度为0.4g/L。

在本发明中，所述步骤(3)中，每次将甘蔗渣浸泡在还原性氧化石墨烯溶液中的时间为30min。

在本发明中，所述步骤(3)中，聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液的浓度为0.1g/L。

在本发明中，所述制备的改性甘蔗渣成品密度为0.48mg/cm³，水接触角为118°。

提供利用所述的改性甘蔗渣处理有机污染水体的方法，具体步骤为：

步骤A：取有机污染水体，加入改性甘蔗渣，然后在120r/min条件下振荡10min，完成改性甘蔗渣对有机污染水体中有机污染物的吸附(能通过称重计算改性甘蔗渣对水体有机污染物的吸附量)；

步骤B：在常温下，对步骤A吸有有机污染物的改性甘蔗渣进行充分挤压，将有机污染物挤出并回收，挤压后的甘蔗渣能重复用于步骤A，实现重复利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备的改性甘蔗渣不仅能极大增加甘蔗渣的疏水性，而且还具有制备简单、安全高效等特点，在处理水体有机污染物方面具有广泛应用前景。

本发明中所有的试剂均使用优级纯标准，利用超纯水进行溶液配制。

附图说明

图1为不同处理下的甘蔗渣疏水性的比较图。

图2为纯甘蔗的电镜图。

图3为本发明制备的改性甘蔗渣电镜图。

图4为本发明制备的改性甘蔗渣接触角图。

图5为本发明制备的改性甘蔗渣对不同石油烃的吸附效果比较图。

图6为本发明制备的改性甘蔗渣的重复利用效果比较图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

结合当前水体有机污染物吸附材料成本高、吸附能力低、回收率低、重复利用效果差的难题，利用氧化石墨烯改性后的甘蔗渣处理水体有机污染物，不仅成本低、效益高，而且操作简单，安全高效，重复性能好，能有效实现有机污染水体的修复。

本发明包括：1、利用氧化石墨烯改性甘蔗渣；2、选取疏水性能好的甘蔗渣；3、利用选取的甘蔗渣对水体有机污染物进行吸附；4、改性甘蔗渣的重复利用。

(1)甘蔗渣的改性方法：首先把甘蔗渣于氨水中浸泡2天，取出后水洗，于60℃下干燥，备用；然后取实验设定质量的氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺，超声萃取2h后加入抗坏血酸(1g/L)，80℃，120r/min下振荡12小时，得到还原性氧化石墨烯溶液(0.4g/L)；最后把处理过的甘蔗渣浸入还原性的氧化石墨烯溶液中，按设定时间浸泡后取出，40℃干燥，重复3次，再浸入聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液中(0.1g/L)，85℃下静置12h，直至干燥。

(2)设置了三种不同的浸泡时间(10min、20min、30min)，三种不同的氧化石墨烯浓度(0.1g/L、0.2g/L、0.4g/L)，按上述操作方法改性甘蔗渣。结束后，取改性后的甘蔗渣浸入去离子水中，100r/min振荡5min，结束后用吸水纸去除甘蔗渣表面的水分，称重。选择重量最轻的甘蔗渣做为后续试验所需的吸附材料。

(3)常温下，于烧杯中加入足量的被油红染红的的有机溶剂，取实验所需质量为W₁甘蔗渣放入烧杯中，120r/min下振荡10min。振荡结束后，用吸水纸吸取甘蔗渣表面的有机溶剂，称重，记为W₂。重量法计算有机溶剂的吸附量，计算公式为：

吸附量＝(W₂-W₁)/W₁(1)

(4)常温下，挤压含有有机溶剂的甘蔗渣，直至重量不发生变化，记为W₃。重复(3)的过程，结束后，重量记为W₄，重量法计算重复利用后，甘蔗渣对有机溶剂的吸附量，计算公式为：

吸附量＝(W₄-W₃)/W₁(2)

所有的试剂均使用优级纯标准，利用超纯水进行溶液配制。本实验中所选的改性甘蔗渣具有制备简单、安全高效等特点，在处理水体有机污染物方面具有广泛应用前景。

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

为比较不同处理下的甘蔗渣的疏水性，本试验设置三种不同的浸泡时间(10min、20min、30min)、三种不同的氧化石墨烯浓度(0.1g/L、0.2g/L、0.4g/L)，通过疏水性的比较，选出效果最好的甘蔗渣作为新型吸附剂。由图1可以看出，在同一浓度下，随着浸泡时间的增加，吸水量逐渐减少；在同一浸泡时间下，随着氧化石墨烯的增加，其吸水量也逐渐减少，当氧化石墨烯的浓度为0.4g/L、浸泡时间为30min时，甘蔗渣的吸水量最少，为0.15g/g，具有良好的疏水性。因此选择此处理条件下的甘蔗渣作为新型吸附剂，研究其对水体有机污染物的修复效果。利用扫描电镜、视频接触角测量仪对所选改性甘蔗渣进行检测。通过图2和3可以看出，改性甘蔗渣具有疏松多孔的结构，表面有很多褶皱，可以增大比表面积，增加其对有机污染物的吸附量，图4中改性甘蔗渣的水接触角为118°，表明其具有良好的疏水性。

实施例2

为比较改性甘蔗渣对不同有机污染物的吸附效果，本试验设置了五种不同的石油烃(柴油、汽油、甲苯、三氯甲烷、环己烷)。所有试验均在常温下进行。由图5可以看出，改性甘蔗渣对五种不同的石油烃均具有良好的吸附能力，吸附量均保持在2g/g以上。其中对三氯甲烷的吸附效果最好，达到6.54g/g。

实施例3

水体中的有机污染物具有重要的利用价值，因此需要对其进行回收利用。本试验设置了五种不同石油烃(柴油、汽油、甲苯、三氯甲烷、环己烷)，比较改性甘蔗渣对其循环利用的效果。本试验通过简单的挤压方法对不同的石油烃进行循环利用，不仅方法简单，而且易于操作。由图6可以看出，随着回用次数的增加，改性甘蔗渣对石油烃的吸附量有所下降，维持在80％左右。结果表明，改性甘蔗渣不仅对石油烃具有良好的吸附能力，而且循环利用效果好，因此在修复水体有机污染物的领域中具有广泛的应用前景。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，具体包括下述步骤：

步骤(1)：首先取甘蔗渣于氨水中浸泡2天，浸泡结束取出水洗后，于60℃下干燥，备用；

步骤(2)：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中，超声萃取2h后，然后加入抗坏血酸，在80℃下以120r/min振荡12小时，得到还原性氧化石墨烯溶液；

步骤(3)：把步骤(1)干燥后的甘蔗渣，浸入步骤(2)制备的还原性氧化石墨烯溶液中，浸泡后取出并在40℃下干燥，且重复进行三次本步骤中的浸泡、干燥处理；之后将甘蔗渣加入到聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液中，在85℃下静置12h，直至干燥，获得改性甘蔗渣成品。

2.根据权利要求1所述的利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入抗坏血酸后，抗坏血酸在溶液中的浓度为1g/L。

3.根据权利要求1所述的利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，制备得到的还原性氧化石墨烯溶液的浓度为0.4g/L。

4.根据权利要求1所述的利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，每次将甘蔗渣浸泡在还原性氧化石墨烯溶液中的时间为30min。

5.根据权利要求1所述的利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，聚二甲基硅氧烷-甲苯溶液的浓度为0.1g/L。

6.根据权利要求1所述的利用氧化石墨烯制备改性甘蔗渣的方法，其特征在于，所述制备的改性甘蔗渣成品密度为0.48mg/cm³，水接触角为118°。

7.利用权利要求1所述的改性甘蔗渣处理有机污染水体的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤A：取有机污染水体，加入改性甘蔗渣，然后在120r/min条件下振荡10min，完成改性甘蔗渣对有机污染水体中有机污染物的吸附；

步骤B：在常温下，对步骤A吸有有机污染物的改性甘蔗渣进行充分挤压，将有机污染物挤出并回收，挤压后的甘蔗渣能重复用于步骤A，实现重复利用。