[发明专利]一种复合型石墨烯吸附剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机污染物吸附剂领域，特别涉及一种复合型石墨烯吸附剂及其制备方法、应用。

背景技术

由于工业的快速发展和人们生活水平的不断提高，有机污染物在受污染水体中所占的比重越来越大，对硝基氯苯作为一种危害性大、难生物降解的有机污染物，早已得到人们的广泛关注，它广泛应用于农药、医药、染料以及橡胶助剂的生产过程中，并随着工业废水的排放进入到各种水体中，导致我国一些主要水体中均能检测出对硝基氯苯的存在。它除了能引起人和其他哺乳动物的高铁血红蛋白血症以外，还是一种诱变剂和致癌剂，而且在环境中难以降解。因此，研究水体中对硝基氯苯的去除对保护人体健康和防止环境受到破坏具有十分重要的意义。

目前己开发应用的水溶液中有机污染物的处理方法主要有物理法、化学还原法、高级氧化法以及生物法等，其中90%以上使用化学方法，主要的化学方法又包括：化学沉淀法、膜分离法、离子交换法、电解法、电渗析法、活性炭吸附法等。在这些方法中，吸附法是一种设备投资少，操作简单、高效且易于广泛应用的去除水溶液中有机污染物的方法，而改善吸附法的关键在于开发更加高效、环保、价廉的新型吸附材料。

当前，大量的吸附材料被报道用来去除水体中的有机污染物，例如活性炭、粉煤灰、生物质吸附剂等。由于具有极大的比表面积，纳米材料被视为一种更高效率的吸附材料，有利于去除水溶液中的有机污染物。例如，碳纳米管被证实是一种非常有效的有机污染物新型吸附剂，其效率比普通的活性炭吸附剂高出5～7倍。然而，成本高、易产生二次污染且不易去除等缺点限制了碳纳米管的使用。针对这一问题，开发出更加高效、经济和无毒的纳米吸附剂成为目前关注的焦点。

自从石墨烯被首次研制出来后，由于其优异的物理化学性质，如极大的比表面积、优异的机械强度、高电导率与热导率等，在化学电源、光电子器件和多相催化等领域已获得了广泛的关注。然而，石墨烯材料在环境中的应用较少。已有研究表明石墨烯可以去除有机污染物等污染物，但是石墨烯的团聚作用，不仅减少了石墨烯的比表面积，还不利于分散在溶液中，这限制了其在水溶液中对污染物的去除应用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种高效、绿色、经济、环保的复合型石墨烯吸附剂。

本发明的目的之二在于提供上述复合型石墨烯吸附剂的制备方法，工艺简单、条件易控、适于规模化生产。

本发明的目的之三在于提供上述复合型石墨烯吸附剂的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种复合型石墨烯吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯分散在水中，通过超声分散后制得氧化石墨烯悬浮液；

（2）在步骤（1）得到的氧化石墨烯悬浮液中加入纳米零价铁和十六烷基三甲基溴化铵；其中，纳米零价铁、氧化石墨烯与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶2∶（7～9），充分搅拌，完全反应后得到反应溶液；

（3）将步骤（2）得到的反应溶液加热至80℃～85℃，加入还原剂，充分反应后得到黑色絮状沉淀；所述还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾中的至少一种；所述还原剂的质量为氧化石墨烯质量的9～11倍；

（4）将步骤（3）得到的黑色絮状沉淀进行抽滤、洗涤和干燥，得到复合型石墨烯吸附剂。

所述超声分散的时间为30min～60min。

所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为4mg/mL～6mg/mL。

所述纳米零价铁的制备方法如下：

在氮气保护、机械搅拌的条件下，将硼氢化钾溶液滴加到FeSO₄溶液中，继续搅拌，反应完全后静置，再经真空抽滤、洗涤、真空烘干至恒重，得到纳米零价铁。

步骤（2）所述完全反应后得到反应溶液，具体为：

在50℃～55℃条件下反应3h～5h，得到反应溶液。

上述制备方法制备得到的复合型石墨烯吸附剂，包含石墨烯、纳米零价铁和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。

所述纳米零价铁通过化学键作用插入层状石墨烯的边缘或表层。

所述纳米零价铁通过化学键作用镶嵌在层状石墨烯的边缘或表层。

上述的复合型石墨烯吸附剂的应用，用于去除水溶液中的对硝基氯苯。

所述去除水溶液中的对硝基氯苯，具体过程如下：

每升水溶液加入1g～2g复合型石墨烯吸附剂；在吸附过程中，控制水溶液的温度为20℃～50℃，充分吸附并振荡至反应完全后，利用滤膜对吸附后的余液进行过滤，完成对水溶液中对硝基氯苯的去除。