[发明专利]一种三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料的制备方法，通过聚乙烯亚胺分子链上的氨基与氧化石墨烯表面的羧基、环氧基发生亲核取代作用，制备氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料，再以戊二醛为偶联剂，用羧甲基纤维素进一步改性氧化石墨烯/聚乙烯亚胺，得到三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料。本发明通过引入羧甲基纤维素，增加了材料的带负电性含氧吸附位点数量，并且形成了三维空间结构，进一步地提升了吸附性能。在弱酸条件下，本发明的三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料对Pb²⁺有很好的吸附效果，与氧化石墨烯/聚乙烯亚胺相比，吸附量提高34.6％，能够应用于重金属吸附处理。

技术领域

本发明涉及一种三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

重金属的开采、冶炼、加工过程造成重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染，并且重金属离子及其化合物在环境中十分稳定，具有富集性，不能通过自然界的净化降低其有害性。因此，如何治理重金属污染是工业发展面临的重要挑战。

吸附法为重金属废水处理的最为常用的方法。生物材料种类丰富，低廉易得，可生物降解，富含羟基、羧基和胺基的纤维素、果胶质、木质素和壳聚糖等，可以与金属离子发生物理吸附或鳌合作用，具有较大的去除金属离子的潜能，在吸附重金属离子方面得到广泛关注。

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯的衍生物，其比表面积大且片层上含有大量酸性含氧官能团，具有较好的吸附性能，此外还对许多物质表现出很强的亲和性，可经由与含氧官能团的反应而改性。隋竹银等人制备了氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料，通过冷冻干燥形成三维孔洞，用于吸附染料和二氧化碳，但该方法是利用外在物理手段使材料形成孔穴结构，增加了材料制备成本(Sui Z Y,et al.Preparation of Three-Dimensional GrapheneOxide-Polyethylenimine Porous Materials as Dye and Gas Adsorbents[J].ACSAppl.Mater.Interfaces 2013,5,9172-9179)。王家宏等人用聚乙烯亚胺改性氧化石墨烯，并研究了其对Cr²⁺的吸附性能，最大吸附量为56.99mg/g，吸附量随着pH值升高而降低(王家宏等.聚乙烯亚胺改性氧化石墨对水中Cr²⁺的吸附[J].无机化学学报，2015,31(6),1185-1193.)。

虽然氧化石墨烯及其复合材料对重金属离子表现出良好的吸附性能，但普遍存在吸附容量较低和成本较高、重复利用性能较差等问题。

发明内容

针对现有的基于氧化石墨烯的复合吸附材料存在的问题，本发明提供了一种三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料的制备方法。所述方法通过聚乙烯亚胺分子链上的氨基与氧化石墨烯表面上的羧基、环氧基发生亲核取代作用，制备氧化石墨烯/聚乙烯亚胺(GO/PEI)复合材料，再以戊二醛为偶联剂，用羧甲基纤维素进一步改性氧化石墨烯/聚乙烯亚胺，得到三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素(GO/PEI/CMC)复合材料。本发明通过引入羧甲基纤维素，增加了材料的吸附位点，并意外的形成了三维空间结构，进一步地提升了吸附性能。

本发明的技术方案如下：

一种三维氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/羧甲基纤维素复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将氧化石墨置于水中超声分散得到氧化石墨烯分散液，调节氧化石墨烯分散液的pH至8.0±0.5，按聚乙烯亚胺与氧化石墨烯的质量比为1：1～3加入聚乙烯亚胺溶液，超声混合均匀后室温下反应，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合液；