[发明专利]一种强磁性膨胀石墨的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和吸油材料技术领域，具体涉及一种用于油污染水域吸附治理的强磁性膨胀石墨的制备方法及其应用。

背景技术

油类通过不同途径进入水体环境形成含油废水，含油废水是一种量大、面广且危害严重的废水。随着石油化工业的快速发展，在开采、运输、使用过程中大量含油废水的排放及水上交通运输时突发性溢油事件的影响，同压舱、洗舱、机舱等点污染源，成为如今水域油污染的重要来源。油类在水面易形成油膜而导致水体缺氧、变臭，油类及其分解产物中存在许多有毒物质，这些都会对水体的生态系统造成不良影响。此类油污染水的处置方法可分为：物理方法、化学方法和生物方法。对于情况复杂的海洋溢油处理方法有：围栏法，凝固法，分散法，和吸附法。其中化学消油剂，因其可在短时间内处理大面积溢油曾被大量使用，但由于其对油处理具有选择性，只是形成“水包油”微粒分散到水中，并不能达到净化油，且其对海洋生物的潜在危害，使其成为一种具有二次污染而被部分国家禁止使用。吸附法因其快速、无毒，不仅能恢复水体环境，还可回收油脂，是解决油污染的根本方法。目前，已研究吸油材料主要为生物质材料（木棉纤维、秸秆、锯末等）、无机材料（活性炭、膨胀石墨、膨胀蛭石、有机黏土等）和合成聚合物材料（聚丙烯酸酯、聚乙烯类、聚氨酯泡沫等高吸油树脂）。但因以上一些材料在价格和吸油性能上的限制，使其实际应用受限制。

膨胀石墨是一种极强的吸附材料，基本上由纯碳组成，化学性能稳定、安全无毒、不会对环境造成二次污染。1841年德国科学家Shafautl将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，意外发现了膨胀石墨，直到19世纪60年代开始工业生产才得到真正的应用。膨胀石墨质轻、价格低廉；具有发达的网络孔状型结构,高的比表面积,高的表面活性和非极性，层与层之间为多边形或多边形楔孔使其本身具有结合在一起的趋势；具有疏水亲油性，密度小，易漂浮，容易选择性的对非水性溶液进行物理吸附，有较好的吸附吸收能力，具有良好的可压缩性、弹性、热稳定性、耐腐蚀性。是一种很有前景的碳素吸附材料，广泛应用于石油化工、原子能、电力、农药、建材和机械等工业中。膨胀石墨用于水处理有独特的优点：（1）吸附物质范围广，（2）对有机物有良好的吸附能力，（3）具有良好的可再生能力。可用于饮用水、含重金属及有机物污染废水、印染废水、含油废水的吸附治理。1996年首次发现膨胀石墨对重油具有超大吸附性。近年研究表明，膨胀石墨可以快速完全吸附水面原油、煤焦油、柴油最高吸附量可达80-90g/g；对水中低含量乳化油、溶解油也具有完全、快速的吸附和浓缩能力。对染料废水也有较好的吸附处理效果。

关于膨胀石墨目前有大量研究，也常用于各种纳米材料载体。但是作为吸附材料，由于其质轻、易碎，在气候条件复杂多变水体环境中也难以进行实际应用，特别是吸附处理后难以回收大大限制了其应用扩展。因此，磁性膨胀石墨的制备，在保证其吸油量的条件下，克服了其难回收的缺点，大大扩展了其实际应用能力。如今，用于油污染水域的磁性膨胀石墨制备的报道很少，主要为共沉淀法和溶胶凝胶法制备。该方法制备时间长，过程复杂，磁粒子负载不够牢固。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强磁性膨胀石墨的制备方法及其应用，用于对油污染水域的吸附治理。

本发明的技术方案如下：

一种强磁性膨胀石墨的制备方法，以膨胀石墨和纳米磁性粒子为原料，在催化剂存在下，并同时添加高聚物和有机物，在室温聚合30min～120min，之后在700℃～1000℃高温条件下，利用高温碳化，最终得到磁性膨胀石墨。

所述的制备方法，所述的有机物为醇类，包括：乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丙醇之一或其组合，膨胀石墨与醇的质量比为1:1～1:8。

所述的制备方法，所述催化剂为酸或碱的一种，所述的酸包括：盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、氢氟酸、氨水，所述催化剂在醇中的含量为0.5mol%～10mol%。

所述的制备方法，所述的高聚物为具有分散性和胶粘性的水溶性高分子聚合物，包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、甲基纤维素、藻蛋白酸钠中的一种或几种，膨胀石墨与所述的高聚物的质量比为1:0.1～1:2。

所述的制备方法，含催化剂的有机物原料在室温聚合时间为30min～120min。

所述的制备方法，在氮气环境下进行高温处理，恒温处理时间为5min～90min。