[发明专利]氧化石墨烯-介孔硅表面六价铬印迹材料的合成及在水处理中应用的方法

说明书

本发明属于水处理领域的新材料及应用，具体涉及六价铬离子印迹聚合物的制备及在处理水中六价铬中的应用。传统六价铬吸附材料吸附容量低、选择性差、时间长、难以重复利用，为此，本发明制备了一种高效处理水中六价铬的新材料。制备方法为：用改进的Hummer法制备氧化石墨烯，再将介孔硅负载在氧化石墨烯表面，得到比表面积约为780m²/g的氧化石墨烯‑介孔硅复合物(GO‑MS)。以GO‑MS为载体，六价铬离子为模板，3‑(2‑氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷为功能单体和交联剂，室温下进行溶胶‑凝胶反应，以氢氧化钠溶液洗脱产物中的六价铬，然后真空干燥。该材料能选择性吸附六价铬，30min达到吸附平衡，吸附容量达438mg/g，可重复利用5次。

技术领域

本发明属于新型环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯-介孔硅表面六价铬印迹材料的合成及其在水处理中应用的方法。

背景技术

铬及其化合物广泛用于电镀、冶金、制革、金属加工等行业，因而这些行业排放的工业废水中含有大量铬化合物，尤其是六价铬。铬是典型的重金属元素，六价铬具有较强的致癌和致突变性。含Cr(VI)的废水进入水体和土壤后，会对人体健康和生态环境造成潜在危害。因此，必须在工业废水排放前处理其中的六价铬。目前处理Cr(VI)的方法主要有电解法、化学还原法、离子交换法和吸附法。其中，吸附法具有操作简单、较为经济、效率高等优点。吸附剂有活性炭、沸石、壳聚糖等，以活性炭最为常用。但活性炭材料比较昂贵，且吸附时间长、选择性差，不利于六价铬的回收。因此，有必要开发用于Cr(VI)吸附去除的新型材料，以克服现有材料存在的种种弊端。

离子印迹聚合物是在分子印迹聚合物的基础上发展起来的一类具有特定识别位点的材料，其在官能团作用、形状和大小方面与模板离子相匹配，因而可对该种离子产生选择性吸附。传统印迹技术如本体聚合法制备的离子印迹材料吸附效率普遍不高，且平衡时间长，难以洗脱。近年来发展起来的表面印迹技术可以提高印迹材料对模板离子的结合能力，并加快传质速率。由于表面离子印迹聚合物的结合能力在很大程度上取决于载体的表面积，所以选择具有较大表面积的材料来制备离子印迹聚合物能够获得较高的吸附容量。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化产物，为层状平面结构，含有大量的含氧官能团(如羟基、环氧基和羧基)，并拥有大的表面积。大量研究表明，使用多孔材料是提高吸附性能的有效途径，其中，有序介孔材料如介孔二氧化硅以其表面积大等优点在分离领域受到了广泛关注。因此，在GO表面负载介孔硅形成的复合材料将具有很大的比表面积和良好的亲水性能。以氧化石墨烯-介孔硅复合材料为基体，进行表面离子印迹，可增加吸附位点数，提高其对重金属离子的选择性吸附能力。

发明内容

本发明的目的是针对现有材料存在的若干问题，开发一种吸附容量大、选择性高、平衡时间短、处理成本低的用于Cr(VI)吸附去除的新型材料和相应的水处理技术。为此，以氧化石墨烯-介孔硅纳米复合物为基体，3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AAPTS)为功能单体和交联剂，Cr(VI)为模板，通过溶胶-凝胶反应，合成了具有高选择性和大吸附容量的氧化石墨烯-介孔硅表面六价铬印迹材料。以该材料作为吸附剂，实现了对含铬水样中Cr(VI) 的高效、快速吸附去除，并可回收利用Cr(VI)。

本发明所采用的技术方案是：

一种氧化石墨烯-介孔硅表面六价铬印迹材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)称取3g鳞片石墨与18g高锰酸钾，搅拌混匀，在冰水浴中强烈搅拌下，缓慢加入400mL体积比为9∶1的浓硫酸与磷酸混合液。搅拌反应1h，控制反应液温度不超过20℃。然后除去冰浴，将混合液转移至50℃的恒温水浴锅内，搅拌反应8h。之后将混合液缓慢加入400mL冰水中，并转移至90℃恒温油浴锅内保持30min。反应结束后，放置冷却至室温，倒入等体积的超纯水中，并往其中滴加双氧水至无气泡生成。静置沉降，弃去上清液，用去离子水、无水乙醇分别洗涤3次后，70℃真空干燥，得氧化石墨烯(GO)。