[发明专利]一种石墨烯水凝胶的制备方法及产品的用途

说明书

技术领域

本发明属化学合成技术领域，涉及一种条件温和的化学还原法制备对抗生素具有高吸附容量的石墨烯水凝胶的方法。

背景技术

石墨烯(GO)作为一种热门新兴材料，具有优异的导电导热性能，超强的力学性能，极高的稳定性及大的比表面积，受到世界范围内的广泛关注。近年来，随着科学工艺的不断进步，大量生产石墨烯的工艺越发成熟，其成本也越发低廉，高比表面积与成熟生产技术使得石墨烯成为一种潜在的高效吸附剂。因为常规方法制备的石墨烯均呈超细粉状，在使用过程中会由于尺寸效应、表面惰性等出现团聚、分布不均等问题，从而导致材料本身的优异性能得不到有效发挥。同时，由于石墨烯片层间的范德华力较大，使得层与层之间发生很严重的纳米团聚以及片层堆叠现象，无形之中大大降低了石墨烯的比表面积，极大限制了其应用。在水处理过程中，由于石墨烯是水分散溶液，导致吸附后需要超滤或是离心分离，后续处理工艺复杂。此外，作为纳米材料的石墨烯存在一定的生物毒性，其在环境中的二次污染物体也引起了相当大的关注。

经文献检索发现，为解决此类石墨烯材料中易团聚、不易分离等问题，以石墨烯为骨架将其自组装形成三维网络结构的宏观形态材料，可以有效避免石墨烯片层之间的团聚，极大地提高材料的比表面积。因此，石墨烯宏观体因其比表面积大、易于分离的特点，使其在高效吸附剂和催化剂载体方面都具有潜在的应用价值。

随着我国医药工业的迅速发展，制药废水对环境的污染日益加剧，给人类健康也带来了严重的威胁。制药工业具有产品种类多、生产工序复杂、生产规模差别大等特点。目前我国制药工业占全国工业总产值的1.7％，而污水排放量却占全国污水排放量的2％，制药工业被列入环保治理的12个重点行业之一，制药工业产生的废水成为环境监测治理的重中之重，而抗生素废水更是制药废水中产量大、处理困难的典型工业废水。近日，科学通报上有文章指出，我国地表水中存在68种抗生素，表明抗生素污水治理的迫切性与必要性。为此，亟需一种新型有效的吸附剂来治理含抗生素污水。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种石墨烯水凝胶的制备方法，反应条件温和，所得产品对抗生素具有高吸附容量。

本发明的另一个目的是提供一种上述方法制备的石墨烯水凝胶用作吸附剂的用途。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种石墨烯水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

向氧化石墨烯溶液中加入还原剂进行超声分散，然后加热进行反应，反应结束后取出产物洗涤得到石墨烯水凝胶。

所述氧化石墨烯溶液的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨溶于水中，超声分散4～12h，使氧化石墨分离成均一稳定的氧化石墨烯溶液。

所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～8mg/mL。

所述氧化石墨烯与还原剂的比例≥1:1。

所述还原剂为乙二胺、抗坏血酸、水合肼或谷胱甘肽。

所述超声分散的时间为0.5～4h。

所述加热的时间为10～18h。

所述加热的温度为70～100℃。

所述洗涤采用蒸馏水洗，反复洗涤。

本发明还提供了一种上述方法制备的石墨烯水凝胶用作吸附剂的用途。

本发明还提供了一种上述方法制备的石墨烯水凝胶用于吸附污水中抗生素的用途。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

本发明以石墨烯为骨架组装形成三维网络结构的宏观形态材料石墨烯水凝胶，有效避免了石墨烯片层之间的纳米团聚以及片层堆叠现象，极大地提高了材料的比表面积，提升了其吸附效果。

本发明将粉状石墨烯制备成为水凝胶宏观体形式，使其具有比表面积大，易于分离的特点，有效解决粉状石墨烯吸附后需要超滤或是离心分离、后续处理工艺复杂的问题，使其在高效吸附剂和催化剂载体方面都具有潜在的应用价值。

本发明制得的石墨烯水凝胶对于抗生素废水具有较高的吸附能力，远优于常见吸附剂，拓宽了石墨烯材料的应用范围。

本发明的工艺简单易行，采用了常见的还原剂，在相对温和的条件下还原得到石墨烯水凝胶，降低了制备成本，且对环境无污染，无明显危险原料，适于大规模商业化生产。

附图说明

图1是本发明所获得的石墨烯水凝胶的光学图。

图2是本发明所获得的石墨烯水凝胶的场发射扫描电子显微镜图。

图3是本发明所获得的石墨烯水凝胶对于污水中抗生素的吸附光学图。