[发明专利]一种基于磁氧化石墨烯对水环境中六种重金属吸附的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种磁氧化石墨烯，及其应用于水环境中对重金属Cr⁶⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、As⁵⁺、Hg²⁺的吸附，是基于磁氧化石墨烯吸附材料对水环境净化的方法，属于纳米材料、环境保护技术领域。

背景技术

由于重金属具有高毒性和通过食物链富集的特点，近年来重金属治理得到国家的高度重视。

目前已开发应用的重金属废水处理方法有很多，传统的有沉淀法、过滤法、离子交换法、膜分离法和吸附等。在这些方法中，吸附法是运用吸附剂将重金属离子吸附在重金属的表面，从而去除重金属污染的方法，其操作简单，能够快速的去除重金属，不产生二次污染，引起研究者的广泛的关注与研究。吸附法主要找到有效的吸附剂，其要有吸附量大、吸附速度快、操作简单和价格便宜等特征。其中，活性炭、沸石、壳聚糖及树脂等均曾被用作废水处理吸附材料，但这些材料存在着再生难、吸附速度慢、选择性差等缺点。

申请号为CN201410512998.3，公开号为CN 104258810A的中国专利申请公开了水热法制备四氧化三铁和石墨烯复合物，其中石墨烯与四氧化三铁质量比为4:1的样品展现最佳的吸附效果，Cr⁶⁺离子去除率达到95%。但其只对一种重金属的吸附经行研究，缺乏对多种重金属同时吸附的研究。申请号为201610591110.9的中国的专利申请公开了一种吸附重金属离子的磁性氧化石墨烯污水处理剂及其制备方法，所述的磁氧化石墨烯污水处理剂，用有机硅氧烷对磁纳米粒子进行改性处理，然后再与氧化石墨烯进行修饰反应制得，对Pb²⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺的吸附量分别为85.7mg/g、62.5mg/g、58.7mg/g，但没有针对吸附过程中影响因素进行优化，所以吸附效果仍不理想。

发明内容

本发明旨在提供一种基于磁氧化石墨烯对水环境总重金属吸附的方法，可应用于污水中重金属的前处理，克服传统重金属废水处理时间慢、低吸附率等问题。本发明主要包括磁氧化石墨烯的制备，及在吸附重金属的过程中对pH值、时间条件的优化，不同吸附剂对洗脱效果的比较。

本发明通过以下技术方法实现：

所述磁氧化石墨烯的合成：取NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O 与(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O，摩尔比例为1.8:1，加入超纯水中，搅拌均匀后，调节温度为70℃，使用1M NH₄OH调节pH值为3；取超声分散在超纯水中的氧化石墨烯加入到混合溶液中，搅拌30min后，调节pH值为10，反应1h后，静置至室温，使用无水乙醇与超纯水交替分别清洗3次，真空冷冻干燥24h；其中氧化石墨烯占（氧化石墨烯与Fe₃O₄）总质量的5-10%。

使用SEM、TEM对所述磁氧化石墨烯进行表征。从SEM与TEM图像中可以观察到在所述磁氧化石墨烯的片层表面附着大量的磁纳米粒子，分布较为均匀，其中磁纳米粒子的直径为10-20nm。

本发明还提供了所述磁氧化石墨烯在吸附水环境中重金属离子中的应用：使用NaOH和HNO₃调节含有重金属Cr⁶⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、As⁵⁺、Hg²⁺的溶液的pH值，称取磁氧化石墨烯加入到溶液中，振荡均匀并计时，一段时间后取出，使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测量六种重金属的含量。

优化时间：配置含有约40ng/mL的Cr⁶⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、As⁵⁺、Hg²⁺重金属离子的混合溶液，吸附前取出5mL，待测。取磁氧化石墨烯0.10~0.30mg/mL加入重金属离子的混合溶液中，并振荡，吸附时间在2-50min之间时间段，取出待测，计算出吸附率。