[发明专利]去除水中双酚A类污染物的环糊精纳米团簇修饰石墨烯膜材料及其制法

说明书

一种环糊精纳米团簇修饰的石墨烯膜材料，它以石墨烯为载体，环糊精在石墨烯片层上以官能团反应的方法进行连接，同时在石墨烯表面自组装形成纳米团簇，所述的石墨烯为各类氧化石墨烯通过各种方式还原得到，环糊精为各种官能团取代的α、β、γ环糊精。石墨烯为环糊精纳米团簇提供了载体并提供了水分过滤的通道，使得环糊精可以充分发挥其对双酚A的吸附作用，同时使整个去除过程简便快速；而石墨烯膜本身具备的纳滤作用也极大地提升了对双酚A的去除效率。本发明公开了其制法。

技术领域

本发明涉及环糊精纳米团簇修饰的石墨烯膜材料，具体地说，是一种能够超快速同时高效的去除水中双酚A的水处理膜材料。

背景技术

双酚A类化合物在工业上被用来合成聚碳酸酯和环氧树脂等材料，并作为塑料添加剂用于制造各种塑料制品，从矿泉水瓶、医疗器械到食品包装容器的内壁等，都有它的身影。但该类化合物被人体摄入后会导致内分泌失调，特别对婴幼儿脑部和生殖系统的发育造成严重的不良影响，癌症和新陈代谢紊乱导致的肥胖也被认为与此有关。因此如何快速高效简便的去除水中的双酚A类化合物正受到越来越多的关注和重视。

近年来，石墨烯材料在净水方面的应用研究已取得一定进展。石墨烯或氧化石墨烯膜可以用于对水的纳滤处理，具有水通量大、污染物截留率高、耐沾污等优点。但是石墨烯类材料用作纳滤膜时常常需要较高的驱动压强(常为兆帕级)，且水通量还存在可以提升的空间(现有通量一般为10～100L·m^-2·bar^-1·h^-1)。另一方面，环糊精作为一种大环化合物，其内部疏水空腔可以捕捉水中的双酚A类污染物，从而达到净水效果。但是环糊精作为吸附剂使用时有净水速度较慢和分离较为繁琐的缺点。到目前为止，尚未发现一种既能够超快速又能够高效简便地去除水中双酚A污染物的水处理膜材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够快速、高效、简便地去除水中双酚A类污染物的新型膜材料。

本发明的技术方案如下：

一种环糊精纳米团簇修饰的石墨烯膜材料，用官能团反应的方式将环糊精与氧化石墨烯片层结合，在反应过程中环糊精同时发生自组装反应在氧化石墨烯表面形成纳米团簇，经还原得到环糊精纳米团簇修饰的石墨烯，再使用微孔滤膜过滤，即可在滤膜上形成环糊精修饰的石墨烯膜材料。

上述的石墨烯膜材料，所述的环糊精可以是氨基、巯基或羧基等官能团改性的α、β、Y环糊精，氧化石墨烯可以是由Hummers法、Brodie法、Staudenmaier法等各类方法合成的具有或不具有其他杂原子掺杂的氧化石墨烯，还原方法可以是对苯二酚、水合肼、亚硫酸盐、硼氢化钠对苯二胺或微波等方法。

一种制备上述环糊精纳米团簇修饰的石墨烯膜材料的方法，包括下列步骤：

步骤1.用改进的Hummers法制备得到氧化石墨烯分散液，将分散液调整为固含量为0.5-5.0mg/mL；

步骤2.取0.5-2g单氨基改性的β-环糊精与200mL氧化石墨烯分散液混合，超声处理0.5h使其混合均匀；

步骤3.将上述混合液在搅拌下加热至80-100℃反应8-24h；

步骤4.向上述反应体系中加入10-20mL水合肼，100℃下搅拌反应24h；

步骤5.将所得混合物过滤洗涤多次，所得固体再次分散在水中，使用微孔滤膜过滤，即可在滤膜上形成环糊精修饰的石墨烯膜材料。

水通量测试表明，该材料在1bar的压强驱动下，通量为800-1500L·m^-2·bar^-1·h^-1；对20mg/L的双酚A溶液进行过滤，双酚A去除率为97-99％。