CN107051404A - 一种基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂。具体为一种含氟化合物的三维氧化石墨烯的疏水性吸附剂及其及对亚甲基蓝染料的吸附应用。本发明创新性的提出使用含氟单体对氧化石墨烯进行改性的方法，目前没有含氟单体对氧化石墨烯改性的报道。本发明所制得的改性氧化石墨烯泡沫蓬松多孔，比表面积大，密度低且结构稳定，制备过程简单，易控制。

Description

一种基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂
技术领域
本发明涉及一种基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，具体为一种氧化石墨烯/含氟化合物复合材料(改性氧化石墨烯泡沫)的制备方法，属于无机化学技术领域。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前所发现的最薄的二维材料。目前，石墨烯的制备方法主要有：微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积(CVD)法、氧化石墨还原法及碳纳米转换法等。与二维晶体石墨烯相比，改性后的三维氧化石墨烯具有较二维石墨烯更高的比表面积和活性。具有比表面大、吸附能力强、机械强度高、易于制备等优良特性，这些独特的性质使得改性氧化石墨烯海绵吸附材料成为环境污染处理中的热点。
染料是主要的水污染物质，来源于印刷、纺织、印染及造纸等行业。大部分的染料分子结构复杂稳定，难以生物降解。传统的吸附剂有活性炭、树脂、聚氨酯泡沫、矿物及其废弃物。活性炭再生困难，处理成本较高，因此应用面窄，一般仅用于浓度较低的染料废水处理；树脂吸附应用较少，成本高；聚氨酯泡沫一般用于重金属废水、水中浮油、水中苯酚等有机污染物吸附，对染料废水应用较少；矿物及其废弃物吸附易引入重金属离子，造成二次污染。
发明内容
发明的目的在于提供用一种含氟化合物的三维氧化石墨烯的疏水性吸附剂及其及对亚甲基蓝染料的吸附应用。本发明制备出的吸剂具有比表面积大，结构稳定，吸附性能好的优点，其制备方法过程简单，易于操作。
本发明是通过以下技术方案加以实现的：
一种三维氧化石墨烯结构体材料，使用交联剂以及含氟单体对制备出的三维氧化石墨烯进行改性实验。
本发明的优选实施方案中，所述的制备方法包括如下步骤：
1)氧化石墨烯的制备方法：取原材料天然石墨，硝酸钠，高锰酸钾和浓硫酸分别在冰浴(3℃-8℃)和油浴(35℃-98℃)中搅拌完成氧化实验；
2)分离提纯：将上述混合液通过离心机离心5-7次，之后用透析袋透析至溶液pH接近中性；
3)改性氧化石墨烯的制备：向上述混合液中加入交联剂功能酰胺类单体和含氟单体，在50-80℃油浴反应2-8h；
4)改性氧化石墨烯的冷冻干燥：将步骤3)的混合液超声30-60分钟后，固定在模具里，放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥，制备出改性氧化石墨烯泡沫即本发明基于氧化石墨烯的疏水吸附剂。
步骤1)中，天然石墨与高锰酸钾的质量比例控制在1:3～1:6。
步骤2)中使用的透析袋规模是MD34(8000-14000)。
步骤3)中所述交联剂为羟甲基丙烯酰胺，含氟单体为六氟异丙醇。
步骤3)中交联剂用量为氧化石墨烯质量的2％～6％，优选3％～5％；含氟单体的用量与氧化石墨烯的质量等同。
步骤4)干燥时间为48h～72h。
本发明制备的改性石墨烯海绵中比表面积较大的氧化石墨烯层片及其相互缠结形成的错综复杂的网状结构对于水中的水溶性有机染料分子能够起到很好的过滤作用，可作为一种高效的吸附材料。具体吸附过程如下：
吸附亚甲基蓝溶液：取出步骤4)模具中的改性氧化石墨烯泡沫，放入浓度为0.05g/L～0.1g/L的亚甲基蓝溶液中，测定不同时段的吸光度，得出吸光度最小时溶液的浓度，计算出吸附容量。
本发明的有益效果是：
1、本发明创新性的将甲基酰胺类的交联剂用于氧化石墨烯改性，目前没有酰胺类单体作为氧化石墨烯交联剂使用的报道。改性后的三维氧化石墨烯空间结构稳定，解决了传统的氧化石墨烯冷冻干燥后在水中容易塌陷的问题。
2、本发明以氧化石墨烯为先驱，先将氧化石墨烯溶液进行冷冻干燥，让其保持三维蓬松结构，然后选取交联剂和含氟单体将其改性。改性后的氧化石墨烯泡沫三维空间结构更加稳定，且具有疏水性质，对染料的吸附效果也发生改变。
3、本发明改性方法简单，不需要额外增加制备工艺。本发明创新性的提出使用含氟单体对氧化石墨烯进行改性的方法，目前没有含氟单体对氧化石墨烯改性的报道。本发明所制得的改性氧化石墨烯泡沫蓬松多孔，比表面积大，密度低且结构稳定，制备过程简单，易控制。
附图说明
图1为本发明中制备的改性氧化石墨烯的扫描电镜图。
图2为本发明中制备的改性氧化石墨烯的傅里叶变换红外图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1)氧化石墨烯的制备
将1g天然石墨和1g硝酸钠加入到23mL98％的从硫酸中，冰浴不断搅拌，温度控制在3～5℃，连续不断加入4g高锰酸钾溶液，冰浴30～40min。随后将实验装置转移到油浴锅中，升温35～36℃，中温保持2h。中温结束后加水升至高温98℃，高温保持30～40min，以此加水和30％的双氧水7～10mL，得到氧化石墨烯水溶液。
2)分离提纯
将得到的氧化石墨烯水溶液在转速为8000～12000r/min下，旋转15～25min。分离出固体沉淀，加去离子水重复离心操作。在离心5～7次后，将所得悬浮液用截留分子量为8000的透析袋进行透析，透析至悬浮液pH接近中性，再次离心，分理出悬浮液。
3)改性氧化石墨烯的制备
向上述氧化石墨烯悬浮液中放入质量为氧化石墨烯质量5％的交联剂羟甲基丙烯酰胺，油浴50℃～60℃,2h；再向里加入等量的含氟单体六氟异丙醇溶液，油浴80℃～85℃，2h。4)改性氧化石墨烯的冷冻干燥
将改性过后的氧化石墨烯泡沫超声分散30min～50min，超声后，将溶液倒入固定模具中，低温冷冻24h成冰块，放入干燥箱中干燥48h，制备出改性氧化石墨烯泡沫。
5)吸附亚甲基蓝溶液
配置浓度为0.05g/L的亚甲基蓝溶液，从模具中取出制备好的改性氧化石墨烯泡沫，称量确定质量后，放入亚甲基蓝溶液中，振荡吸附，每个10～20min测定其吸光度，知道吸光度值稳定为止。计算出改性氧化石墨烯泡沫对亚甲基蓝溶液的吸附量。

Claims (6)

1.一种基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，所述吸附剂的制备方法如下：
1)氧化石墨烯的制备方法：取原材料天然石墨，硝酸钠，高锰酸钾和浓硫酸分别在冰浴3℃-8℃和油浴35℃-98℃中搅拌完成氧化实验；
2)分离提纯：将上述混合液通过离心机离心，之后用透析袋透析至溶液pH接近中性；
3)改性氧化石墨烯的制备：向上述混合液中加入交联剂功能酰胺类单体和含氟单体，在50-80℃油浴反应2-8h；
4)改性氧化石墨烯的冷冻干燥：将步骤3)的混合液超声30-60分钟后，固定在模具里，放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥，制备出改性氧化石墨烯泡沫即本发明基于氧化石墨烯的疏水吸附剂。
2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，步骤1)中天然石墨与高锰酸钾的质量比例控制在1:3～1:6。
3.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，步骤2)中使用的透析袋规模是MD34(8000-14000)。
4.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，步骤3)中所述交联剂为羟甲基丙烯酰胺，含氟单体为六氟异丙醇。
5.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，步骤3)中交联剂用量为氧化石墨烯质量的2％～6％，优选3％～5％；含氟单体的用量与氧化石墨烯的质量等同。
6.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的疏水性吸附剂，其特征在于，步骤4)干燥时间为48h～72h。
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