[发明专利]一种氨三乙酸修饰的磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种氨三乙酸修饰的磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其在抗生素污染的水体中的应用。

背景技术

一直以来，抗生素被大量地用于人和动物的疾病治疗，并添加于动物饲料中，以预防疾病和促进其生长。抗生素被机体吸收后，少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代谢反应生成无活性的产物，而大部分以原形或代谢物形式最终进入环境，对土壤和水体造成污染。目前，抗生素污染问题已经被许多国家列为重要的环境问题。因此探索一种经济高效的用于抗生素废水排放前的处理技术非常必要。目前去除水中抗生素常用的方法有生物降解、高级氧化和吸附法。其中，吸附是一种操作简单，成本低，且处理污染物较为高效的技术，在实际的污染废水治理中已有应用。氧化石墨烯作为吸附法中一种新兴的吸附材料，具有分散性能好、比表面积大、易于改性和价格低廉等优点，但氧化石墨烯对抗生素的吸附效率有限并且不容易从水溶液中分离。因此，研究开发新型的以氧化石墨烯为基质、低价并且高效的复合材料，已经成为氧化石墨烯用于水处理的发展和应用中的一个关键性科学技术问题。

氧化石墨烯是使用一定的方法将天然石墨氧化剥离而形成的一种单层吸附材料。氧化石墨烯具有比较大的表面积和丰富的表面官能团。因此，氧化石墨烯具有去除废水中污染物的潜力。然而，由于氧化石墨烯粒径较小，且其表面含有亲水基团导致该材料易于分散在水中，不易从水中分离，再加上未经改性或者功能化修饰的氧化石墨烯具有有限的吸附位点，限制了其在实际废水处理中的应用。将磁性纳米粒子与氧化石墨烯耦合，可以赋予氧化石墨烯磁性，以提高其固液分离的能力，并对其接枝改性制备氧化石墨烯衍生材料可以提高对污染物的吸附能力。本发明利用氨三乙酸改性后的磁性氧化石墨烯材料，表面含有的吸附位点大大增加，它对废水中的有机物有较好的去除能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种低价、高效的可用于吸附处理抗生素污染物的氨三乙酸修饰的磁性氧化石墨烯复合材料。

本发明提出的一种氨三乙酸修饰的磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法，首先对氧化石墨烯进行加磁处理，然后再用氨三乙酸对其进行修饰，这样制备的吸附剂可以增加氧化石墨烯表面的吸附位点数量，并且容易从水溶液中分离，具体步骤如下：

(1)将6g石墨粉，5gK₂S₂O₈，5gP₂O₅加入到24mL的98％的H₂SO₄中，用三角锥瓶装着放到水浴锅中搅拌，在80℃氧化4.5h。冷却至室温，加入1L超纯水稀释并放置过夜12h。混合物过滤并用去离子水冲洗掉残留的酸至中性。60℃下烘箱干燥得到预氧化石墨；

(2)将预氧化石墨加入到240mL98％H₂SO₄溶液中(0℃)。边搅拌边加入5gNaNO₃，30gKMnO₄在0℃以下反应4小时。然后升温到35℃下反应2小时，加入500mL超纯水在98℃下反应1小时，然后在室温下继续添加1L超纯水和40mL30％H₂O₂，继续反应两小时。将得到的混合物用10％的HCl洗涤，然后用大量水洗涤至中性并加水定容，在50℃下超声分散2小时得到氧化石墨烯水悬液；

(3)取1g氧化石墨烯，在85℃水浴中加热搅拌，取0.01mol的氯化铁，0.005mol的硫酸亚铁分别溶解在100mL水中，然后将混合液加入氧化石墨烯中搅拌2分钟，再加入氨水，调节pH为10，搅拌45分钟，磁性分离洗涤；

(4)0.2gEDC和0.2gNHS加入含有0.4g氨三乙酸的水溶液中室温持续搅拌两小时，然后加入(3)步骤的磁性氧化石墨烯分散液和20mL二乙烯三胺，混合溶液持续搅拌6h在80℃的水浴锅中。得到的产物用去离子水冲洗至中性后即得到所述复合材料。

上述制备方法中，制备的顺序是先将氧化石墨烯进行加磁改性，然后将氨三乙酸的表面官能团进行活化，再制备氨三乙酸和磁性氧化石墨烯的复合物。

上述制备方法中，所述Fe³⁺和Fe²⁺的摩尔比为2:1。

上述制备方法中，EDC和NHS能对氨三乙酸的官能团进行活化，促进其与氧化石墨烯的嫁接。

上述制备方法中，二乙烯三胺在该反应中作为交联剂使用。