[发明专利]一种磁性石墨基重金属吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性石墨基重金属吸附材料的制备方法，特别是一种吸附铅的磁性石墨基吸附材料的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

我国水体重金属污染面临多种问题，许多流域的重金属浓度超标。有害重金属污染废水是当前我国所面临的重要的环境问题之一。重金属废水的处理方法主要有化学沉淀、新型吸附剂吸附、膜分离、电化学法、光催化、生物絮凝法等。其中，吸附法因操作简便、处理效率高，成为实际废水中重金属离子去除的最常使用的方法。

重金属吸附剂主要可以分为无机吸附剂和有机(高分子)吸附剂。天然材料虽然成本低，但吸附效果差；有机(高分子)吸附剂吸附效果好，但是不利于再生，易产生二次污染。所以无机-有机复合形成的纳米材料成为近年来研究人员研究的热点之一。磁性纳米粒子因其表面积大和外磁场作用下独特的易分离性是去除水溶液中重金属的很有潜力的吸附剂。石墨烯本身含有一些对吸附有利的官能团，且石墨烯片层中SP²碳原子容易被其他功能基团通过共价键力结合，使其可以达到对不同金属离子选择性吸附的效果。除此之外，石墨烯还可以通过与其他材料物理复合改善其吸附效果。因此石墨烯在重金属废水处理方面具有广阔的应用。为了进一步增强其吸附能力，通常对其进行表面修饰，包括表面包覆和功能化，使得其对金属离子络合更具有选择性。

2012年，Xin Yang等将磁性Fe₃O₄纳米粒子装饰在了还原石墨上，并研究其对Pb(Ⅱ)、萘胺的吸附效率，虽然Pb(Ⅱ)的吸附效率高，但由于Fe₃O₄纳米粒子在酸性条件下不稳定，易被分解，这不利于在酸性环境下吸附重金属离子。

2014年，Qingchun Zhao等通过乳液聚合的方法，合成了Al(OH)₃/(PAA-co-PAM)超细微球，并研究了其对Pb(Ⅱ)的吸附效率，研究表明，该吸附剂对Pb(Ⅱ)有较高的吸附容量。但是，该吸附剂不适用于大规模生产，一方面，它的分离过程采用的常规的分离过程，会造成大量的损失；另一方面，该吸附剂因不具备磁响应性，不利于其循环使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性石墨基重金属吸附材料的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种磁性石墨基重金属吸附材料的制备方法，首先，采用溶剂热法，制备经聚丙烯酸(PAA)改性的ZnFe₂O₄/rGO的复合材料；然后，采用脱水缩合的方法，将聚丙酰胺(PAM)接枝到经PAA改性过的ZnFe₂O₄/rGO复合材料上，制备出所述的重金属吸附材料，具体包括如下步骤：

①将一定量的石墨烯、PAA加入到乙二醇中，超声，使体系分散均匀；

②将FeCl₃.6H₂O、ZnCl₂、无水NaAc在超声条件下溶于上述溶液，超声，使体系充分混合，均匀分散；

③随后将此体系在195-205℃的温度下进行水热反应；

④待冷却后磁铁分离、洗涤、干燥，在将所得产物ZnFe₂O₄/rGO-PAA分散在二甲亚砜中，形成磁流体；

⑤将N,N-二环己基碳酰亚胺(DCC)、PAM溶液加入到上述磁流体中，超声分散后，在室温下进行搅拌反应；

⑥反应结束后磁铁分离，采用乙醇和去离子水的混合溶液洗涤、干燥后制得所述吸附材料。

步骤①中，所述的超声时间为20～30min，石墨烯在乙二醇中的浓度为1.5～2g/L，石墨烯与PAA的质量比为1:5～1:6。

步骤②中，所述的超声时间为30min以上，FeCl₃·6H₂O、ZnCl₂、无水NaAc的摩尔比为2:1:11，FeCl₃·6H₂O与步骤①中石墨烯的质量比为5.4:1。

步骤③中，所述的水热反应的时间为10～16h。

步骤④中，所述的ZnFe₂O₄/rGO-PAA磁流体的浓度为5～10g/L。