[发明专利]一种羟基乙叉二磷酸修饰的磁性氧化石墨烯吸附剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及重金属污染环境修复的技术领域，具体涉及一种重金属离子吸附剂的制备方法及应用。

背景技术

新兴工业的快速发展，虽然给人们的生活带来了极大的便利，但是工业废水，特别是含有大量重金属离子的废水汇入江河湖泊，对水资源造成了严重污染，进而威胁到了经济的持续发展及人类的健康生存。因此如何高效地处理含有大量重金属离子的废水引起了人们越来越多的重视，而且这也已经成为当今废水处理的重点和难点。目前已知的处理废水的方法有离子交换法、膜分离法、化学沉淀法、絮凝法和吸附法等方法。其中，吸附法以其操作简单、成本较低、应用范围宽等特点得到广泛的应用。然而，传统的吸附剂存在吸附效率低以及吸附量小等缺点，不能很好地满足污水健康化处理的要求。因此，新型、高效的吸附剂的开发就显得十分紧要。

氧化石墨烯是一类新型的二维纳米材料，具有较高的比表面积以及丰富的表面官能团，且在水中具有一定的分散性，这使得它具有一定的污水处理能力，但是单纯采用氧化石墨烯作为吸附材料的效果并不是很理想。然而，氧化石墨烯表面的可反应性基团使得其可以进行进一步的修饰和改性，从而有望实现其吸附性能的改善。专利CN104707579A公布了一种用于重金属吸附的超支化聚醚胺接枝氧化石墨烯吸附剂的制备及应用。该吸附剂对重金属离子的吸附量均在500mg/g以上。专利CN103861564A公布了一种基于树枝状高分子修饰的氧化石墨烯吸附材料的制备，常温下，该吸附剂对铅离子、镉离子、锰离子、铜离子均有较好的吸附作用，尤其是对铅离子有较强的吸附能力，最大吸附量达到300mg/g以上。然而，以上专利公布的吸附剂都不易从废水中分离。近年来研究热点是制备既吸附效率高又便于分离，可以重复利用的氧化石墨烯吸附剂。其中，最广泛研究的是氧化石墨烯磁性复合材料。附着磁性纳米颗粒使得吸附后的分离变得简单，只需外加磁场进行磁分离即可。

然而，为了进一步提高氧化石墨烯磁性复合材料的吸附效果，目前报道的对氧化石墨烯磁性材料的接枝改性采用的材料大多数都是有机硫醇/醚、胺类、咪哩等，不可避免的存在一定的毒性。在吸附剂完成对重金属离子的吸附后，很可能造成二次污染。而羟基乙叉二磷酸具有丰富磷酸官能团，本身基本无毒利用金属元素容易与含有特定官能团的羟基乙叉二磷酸生成稳定络合物的特点，实现对氧化石墨烯磁性材料的改性，从而去除有害的重金属离子。

为了开发一种环保无二次污染，同时对重金属离子有较好吸附效果又易分离的吸附剂，本发明首次采用羟基乙叉二磷酸对氧化石墨烯磁性材料进行了接枝改性，所得到的新型吸附材料对重金属离子的吸附量均在450mg/g以上，吸附效果高于已报到的大多数材料。本发明中的羟基乙叉二磷酸修饰的磁性氧化石墨烯吸附剂的制备方法简单，吸附容量高，绿色环保，便于分离，可重复利用，并且未见公开的专利和文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于重金属吸附的羟基乙叉二磷酸修饰的磁性氧化石墨烯吸附剂。本发明的目的还在于提供上述一种羟基乙叉二磷酸修饰的磁性氧化石墨烯吸附剂的制备方法及应用。

本发明是基于化学修饰的原理，采用水热法合成磁性氧化石墨烯材料，采用硅烷偶联剂使磁性氧化石墨烯材料表面氨基化，在多肽缩合剂和碱性催化剂的条件下，接枝羟基乙叉二磷酸，制备双重吸附的吸附材料，进而除去废水中的重金属离子，其具体包括以下步骤。

氧化石墨烯的制备

所述的氧化石墨烯是实验室利用改进的Hummers方法制备，氧化石墨烯制备的具体过程为：

a.室温下，将0.5重量份硝酸钠、1重量份石墨粉和46重量份98wt%浓硫酸在冰浴条件下混合，搅拌30min，然后再缓慢加入3重量份高锰酸钾，搅拌30min；

b.将步骤a中的反应体系加热至35℃，搅拌2~48h，得到褐色悬浮液；向悬浮液中缓慢地加入50重量份去离子水，搅拌，升温至98℃继续反应5~10min，冷却至室温；

c.将步骤b的反应液边搅拌边倒入167重量份去离子水中，加入5重量份30wt%双氧水，静置24h；