[发明专利]一种细沙-氧化石墨烯复合吸附材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种细沙-氧化石墨烯复合吸附材料，属于水处理领域。

背景技术

随着我国经济、社会的快速发展，人口数量的不断增长，工业化和城镇化的加快推进，水污染事件频发，给环境和人们的健康带来了严重的损害。因此，污水治理已经成为一项刻不容缓的任务。对于污染水体的治理技术有多种，其中吸附法因容易制备、成本低、吸附效果好而被大规模使用。

天然沙子可作为吸附材料，可用于吸附重金属离子，并且在低浓度范围内具有较高的去除率。例如中国专利CN200910255641.0，将中国腾格里沙漠的细沙经简单水洗后得到天然吸附材料，可直接应用于吸附水溶液中的金属离子。以该细沙作为水体中痕量Cd(II)的吸附材料，Cd(II)的去除率在90％以上。但是该专利中的沙漠细沙只适用于吸附重金属离子，特别是Cd(II)，并且吸附效率低。

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用撕透明胶带的方法，成功地从石墨中分离出单层原子排列的石墨烯，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格，其结构单元为碳六元环，它是一种只有单层碳原子厚度的二维材料。石墨烯是构成碳基材料的基本机构单元。它可以包裹形成零维Fullerenes，卷成一维carbon nanotube，层层堆积成三维graphite。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的派生物，与石墨烯的结构大体相同，但是氧化石墨烯基面及边缘含有羟基-OH、羧基-COOH、羰基C=O等功能性基团。从石墨烯发现的那一天起，石墨烯就已经成为研究的热点和焦点，在超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像、药物输送、纺织、印染等领域有广泛的应用。

石墨烯及其复合材料吸附重金属、有机污染物效果好、吸附力大（化学进展,2013,25(2): 419-430），国内外的研究者对石墨烯基复合材料展开了大量的研究，制备了多种石墨烯基复合材料，如：石墨烯/二氧化锰复合材料、石墨烯/银复合材料、石墨烯/四氧化三铁复合材料、石墨烯/二氧化硅复合材料、石墨烯/二氧化钛复合材料、石墨烯/EDTA复合材料、石墨烯/壳聚糖复合材料、石墨烯/聚吡咯复合材料等。

发明内容

本发明将石墨烯和细沙结合起来，将质量分数80-90%细沙、1-5%氧化石墨烯、5-10%壳聚糖、1-5%交联剂混合，加入质量分数1:1-1:2的去离子水，经100-150℃水热反应10～24小时制备而成。将普通细沙涂上便宜且来源丰富的氧化石墨烯，可以大幅提高其对污水的吸附能力。

本发明通过下述技术方案予以实现：

将细沙用去离子水反复清洗，过筛至10-200目，浸泡在质量分数10%的稀盐酸中10-48h，用去离子水反复洗净，烘干备用。将质量分数80-90%的细沙、1-5%的氧化石墨烯、5-10%脱乙酰度70-80%、分子量50,000-200,000的壳聚糖、1-5%的交联剂混合，加入质量分数1:1-1:2的去离子水，100-150℃水热反应10～24小时。其中氧化石墨烯的制备可参考中国专利CN201210501548.5，交联剂为乙二醛、戊二醛、乙二醇二缩水甘油醚、吡啶中的一种或多种。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

将9g 100目的细沙，浸泡在50ml质量分数10%的稀盐酸中10h，用去离子水反复洗净。然后和0.1g氧化石墨烯、0.4g脱乙酰度70%、分子量50,000的壳聚糖、0.5%乙二醛混合，再加入10g的去离子水，100℃水热反应10小时。

实施例2：

将8g 50目的细沙，浸泡在80ml质量分数10%的稀盐酸中15h，用去离子水反复洗净。然后和1g氧化石墨烯、0.5g脱乙酰度70、分子量100,000的壳聚糖、0.5g%戊二醛混合，加入质量分数15g的去离子水，110℃水热反应15小时。

实施例3：

将8.5g 150目的细沙，浸泡在质量分数10%的稀盐酸中20h，用去离子水反复洗净。然后和0.2g的氧化石墨烯、1g脱乙酰度80%、分子量150,000的壳聚糖、0.3g乙二醇二缩水甘油醚混合，加入质量分数20g的去离子水，120℃水热反应20小时。

实施例4：