[发明专利]一种氧化石墨烯-氢氧化铽复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯‑氢氧化铽复合材料、制备方法及其应用。本发明通过直接沉淀法与水热合成法制备氧化石墨烯‑氢氧化铽复合材料(Tb(OH)₃/GO)，通过SEM、FT‑IR等对Tb(OH)₃/GO复合材料的结构进行表征，研究其结构与性质；用其吸附和去除溶液中的刚果红(CR)和磷酸根离子(PO₄^3‑)研究其吸附性能，并通过在不同pH、时间、温度以及初始质量浓度等条件下对刚果红(CR)和磷酸根离子(PO₄^3‑)的吸附效果进行探讨，确定了最佳吸附条件，并通过对Langmuir等温吸附方程的拟合得到刚果红和磷酸根离子的最大吸附量分别为434.4mg/g和385.3mg/g，吸附效果显著，性能优越。

【技术领域】

本发明属于水处理剂制备技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯-氢氧化铽复合材料、制备方法及其应用。

【背景技术】

有许多废水处理技术，如：絮凝、膜过滤、溶剂萃取、生物吸附、化学沉淀、离子交换、反向渗透、电凝聚法、烧结、电解沉淀法、混凝和吸附法等。其中吸附法以生产廉价和操作处理过程简单的优势已成为广泛采用的去除污染物的方法，设计吸附能力优异的新型吸附剂显得非常重要。

吸附剂种类很多，主要可分为3类：

第一类是为较常见的多孔吸附材料，如活性炭、沸石及吸附树脂等。

第二类是无孔吸附材料，这类材料目前研究的较少，主要包括纤维材料(如：玻璃纤维、棉纤维以及化学纤维等)、生物材料(包括藻类、壳聚糖、菌丝体及活性污泥等)和矿物材料(如高岭土、磁铁矿)等。

第三类是纳米吸附材料，由于纳米吸附材料通常具有较大的比表面积及良好的表面吸附活性，所以在近些年它已经成为环境工作者的研究焦点。目前研究最多的是碳纳米管、(氧化)石墨烯、富勒烯、二氧化钛纳米管等。

氧化石墨烯(见下式)作为一种新型的单层碳原子厚度的二维材料，其表曲富含多种活性基团,主要包括大量的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团在其表面，这些活性含氧基团的存在可以为污染物提供必要的吸附位点，大大的提高了GO 的溶解性，能够有效的避免发生团聚现象，而GO对各种染料和金属离子的吸附能力主要在于其阴阳离子之间发生的作用力，所以GO具有优越的吸附性能，在处理染料废水具有非常大应用前景，但是吸附后的氧化石墨烯将会溶解在水中，不易回收，不能重复利用，造成极大浪费。

所以发明可回收的新型氧化石墨烯基金属化合物复合材料吸附剂成为新热点。

迄今为止已经合成了多种(氧化)石墨烯基金属化合物纳米材料，包括与 TiO₂、ZnO、MnO₂、CeO₂、Fe₃O₄、Zn—Fe₃O₄、Ag₃PO₄、Bi₂WO₆等复合材料。合成氧化石墨烯-稀土化合物复合材料作为吸附剂还比较少见。直接沉淀法的方法是最常用的制备方法。采用包括溶胶一凝胶法、水热/溶剂热方法、电化学沉积、微波辅助的生长等方法制备氧化石墨烯一金属氧化物复合材料也取得了不错的效果。

铽是柔软有延展性的银灰色稀土金属，高温下易被空气所腐蚀，室温下腐蚀极慢，溶于酸，盐类无色。三氧化二铽(Tb₂O₃)是白色粉末，与其他主要镧系氧化物类似，Tb₂O₃两种晶体结构：较稳定的一种结构是缺陷萤石型结构，另一种结构为单斜晶系。Tb(OH)₃是一种难溶的白色固体。稀土铽具有特殊的4f电子旋转方向和电子能量迁移，其应用领域有：医疗(提高X射线底片的感光度)、磁偏斜、激活剂、光磁盘、磁光玻璃等。