[发明专利]吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制备方法和吸附方法

说明书

本发明涉及一种吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制备方法和吸附方法，首先在超声作用下通过共沉淀法将球状的四氧化三铁(Fe₃O₄)磁性纳米球负载到氧化石墨烯(GO)表面，制备出四氧化三铁负载的氧化石墨烯(Fe₃O₄‑GO)。利用水合肼对Fe₃O₄‑GO进行还原，制备负载Fe₃O₄的石墨烯(Fe₃O₄‑GNS)。采用共聚沉淀法在四氧化三铁表面包覆一层含活性端氨基的聚磷腈(PZD)，制备出聚磷腈包覆四氧化三铁负载的石墨烯(PZD@Fe₃O₄‑GNS)。在PZD@Fe₃O₄‑GNS表面沉积上一层氧化镧(La₂O₃)纳米粒子，制备La₂O₃‑PZD@Fe₃O₄‑GNS四元纳米粒子。本发明制备条件温和、操作简单、产物分离简单，所得的产品对磷酸根粒子表现出优异的吸附性能，对生态环境无污染，在高效快速处理大面积水域磷污染以及资源回收再利用方面具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料和污水处理技术领域，尤其涉及一种吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制备方法和吸附方法。

背景技术

磷是生物体的必须营养元素，但同时也是水体富营养化的主要因素。水体富营养化已经成为当今世界一个非常严峻的环境问题，世界上许多湖泊都曾出现过水华的现象，从而造成水中生物的大量死亡及水资源的污染。藻类以及浮游生物是形成水华的主要组成部分，其中磷是藻类生长的必须营养元素，控制水体中磷的浓度，将磷资源进行回收再利用是解决水华这一问题的根本方法。目前处理水体中磷的方法包括生物法、化学法和吸附法等。其中吸附法以其操作简单方便、成本低廉等优点成为目前最常用来处理水体的方法。影响吸附法处理效率的关键因素是吸附材料，因此发展一种制备方法简单、廉价且高效的吸附材料对于水体处理至关重要。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆砌而成的二维蜂窝状晶格材料，这种独特的结构决定其具有极大的比表面积(理论比表面积高达2630m²/g),同时其独特的π-π结构决定其具有非常优异的吸附性能。石墨烯的制备原材料为价格低廉易得的石墨，因而石墨烯势必会成为未来发展中高性能吸附材料的新宠。

然而，石墨烯独特的组成结构决定其片层间具有较强的范德华力，因而极易叠加或聚集，可用于解决其吸附材料和被吸附物难回收再利用的问题，从而满足其在环境功能材料及污水处理等领域的应用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料及制备方法和吸附方法，将具有较高比表面积和超顺磁性的纳米四氧化三铁(Fe₃O₄)负载到石墨烯表面，制备出负载Fe₃O₄的石墨烯(Fe₃O₄-GNS)。该方法在解决石墨烯片层易叠加或聚集问题的同时，能够在高效、选择性处理水体或有机溶剂中磷的同时，又能够方便快捷的回收被吸附的磷资源并对其进行回收再利用。从而实现了吸附材料的选择性、高效水处理及资源回收等目标，从根本上解决水华这一问题。

技术方案

一种吸附水中磷的磁性石墨烯吸附材料，其特征在于组份为纳米氧化镧、聚磷腈、纳米四氧化三铁和石墨烯组成的四元纳米粒子；各组份的质量比例为纳米氧化镧︰聚磷腈︰纳米四氧化三铁︰石墨烯为1～10︰2～40︰0.5～10︰1。

采用碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化银、纳米二氧化硅、纳米氧化锆、纳米氧化锌、POSS或羟基磷灰石取代所述纳米氧化镧。