[发明专利]一种铁氧体/石墨烯复合吸附剂及其制备、使用方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，特别是涉及一种铁氧体/石墨烯复合吸附剂及其制备方法，该吸附剂用于重金属离子的吸附。

背景技术

在自然界中，重金属大多以单质或化合物的形式存在，因而对生态和人类构成的威胁不大，然而为了满足工业飞速发展的要求，近年来由于采矿、工业三废的排放、污水灌溉以及使用金属制品等人为因素使得环境中的重金属如铅、汞、镉等超出正常范围，导致严重的环境污染。目前我国40%以上的国土面积受到重金属离子的污染，并且以30%的速度递增，这些存在于土壤、大气和水体中的重金属不能被自然或生物降解，极易通过食物链层层富集，并最终对人体造成极大的伤害。重金属污染中，尤以水污染最为严重，例如发生在日本的由汞污染引发的“水俣病”，由镉污染引起的“骨痛病”，以及在欧洲一些国家陆续发生的重金属污染都是由于饮用水及生活用水中重金属含量超标所引起的，因而使得关于重金属污染的研究以及重金属污染的防治成为经久不衰的研究课题。目前处理水中重金属污染常用的方法有絮凝法，沉淀法，膜分离法，生物处理法，离子交换法等，这些方法往往因成本高、工艺复杂、效率低、不易回收利用，以及引发二次污染等问题而限制了其在处理水中重金属污染领域的大规模应用。

吸附法是一种处理水污染简便、有效的方法，因而常被用于处理水中污染物如悬浮颗粒，有机物，重金属等。铁氧体复合金属氧化物作为一种重要的无机功能材料，被广泛作为半导体材料、光学材料、传感材料、催化剂及催化剂载体，同时由于其独特的磁学性能和表面特性也常被作为吸附剂吸附水中的重金属离子，例如在文献J. Colloid Interface Sci. 2012 (367): 415-421中，Luan等考察了MnFe₂O₄对重金属离子Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附行为；在文献J. Che. Eng. 2010(158): 599-607中，Shi等通过水热法合成出的MnFe₂O₄和CoFe₂O₄对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力与普通Fe₃O₄相比得到了显著提高，同时通过外加磁场可以简便快捷的实现吸附剂的回收和再利用。传统方法在制备铁氧体复合金属氧化物中常常采用直接或间接的焙烧处理，因而传统方法制备的铁氧体复合金属氧化物的比表面积通常较小，且由于处于纳米尺度的铁氧体复合金属氧化物本身的磁性及高的表面能，在制备及应用过程中极易发生团聚，从而使得其对重金属离子的吸附能力下降，因此如何避免采用高温焙烧的方法，制备具有高比表面积的铁氧体复合金属氧化物纳米粒子，同时避免在使用过程中粒子间的团聚是成为了限制此类材料在重金属吸附领域应用的瓶颈。

石墨烯自被发现以来，因其优异的物化性能，而被广泛应用于催化、发光、储能、传感等领域，尤其是石墨烯具有极大的理论比表面积，是制备功能性复合材料的理想构筑基元，然而石墨烯二维片层结构间极易发生二次堆垛的特性，也给石墨烯的制备及应用带来了极大的限制。在此，我们以六次甲基四胺为沉淀剂和还原剂，在化学还原氧化石墨制备石墨烯的同时，实现了低温条件下铁氧体纳米材料制备及其在石墨烯载体表面的高度均匀分散，制备铁氧体/石墨烯复合吸附剂，工艺简单、能耗低、无毒、且在处理水中重金属污染方面具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁氧体/石墨烯复合吸附剂及其制备、使用方法，以及将其用于重金属离子的吸附。

本发明所提供的铁氧体/石墨烯复合吸附剂，铁氧体质量百分含量为40～70 %，铁氧体纳米粒子分散在片状的石墨烯表面，铁氧体纳米粒子的粒径分布为5～30 nm，铁氧体/石墨烯复合吸附剂比表面积为60～300 m²/g。

本发明的铁氧体/石墨烯复合吸附剂是以六次甲基四胺为沉淀剂和还原剂，利用六次甲基四胺在水热条件下分解生成碱性和还原物种，一步制备铁氧体MFe₂O₄/石墨烯复合吸附剂 (M=Mn, Ni, Co, Zn)。

上述铁氧体/石墨烯复合吸附剂的制备方法如下：

A、采用Hummer法以石墨为原料合成氧化石墨，将制备好的氧化石墨超声分散到水溶液中，氧化石墨溶液浓度为0.5～2 g/L；