[发明专利]一种氧化石墨烯-氢氧化镧复合材料的合成方法与吸附性能

说明书

本发明属于水处理剂技术领域，公开了一种氧化石墨‑氢氧化镧复合材料及合成方法，通过直接沉淀法与水/溶剂热合成法制备氧化石墨烯‑氢氧化镧复合材料(La(OH)₃/GO)用其吸附和去除溶液中的刚果红(CR)和磷酸根离子(PO₄^3‑)，并通过SEM、XRD、FT‑IR等对La(OH)₃/GO复合材料的结构进行表征，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。本发明吸附效果显著，远远超过很多文献报道的吸附材料的吸附效果。

技术领域

本发明属于水处理剂技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯-氢氧化镧复合材料的合成方法与应用。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

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，很难从溶剂中提取出来，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。这是因为大多数稀土成本较高,难以大规模推广使用。稀土氧化物更稳定,吸附能力更强。但从稀土前驱体制备稀土氧化物需要很高的分解温度，而氧化石墨烯在高温下结构会被破坏或氧化分解，导致稀土氧化物难以负载在氧化石墨烯上。稀土难溶盐吸附能力下降，一般不用做吸附剂。氧化镧等稀土氧化物负载在沸石等耐高温载体上作为吸附剂研究较多。

稀土金属镧化学性质活泼，拥有丰富的能级结构和特殊的4f外电子层结构，在水溶液中与水配位形成水和氧化物，又因为其电势小碱性大，所以水和氧化物带正电荷，对水中阴离子都具有较大吸附性。氢氧化镧吸附效果好，溶度积小，制备条件温和，能很好的负载于氧化石墨烯上。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、自组装法、喷雾热解法、化学沉淀法、微乳液法等方法制备氧化石墨烯一稀土氢氧化物复合材料也取得了不错的效果。但氢氧化物在一定条件下会与空气中的二氧化碳反应。