[发明专利]利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置

说明书

本发明涉及石墨烯材料的应用领域，特别是关于利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置。利用改质石墨烯收集金属的方法，包含：(a)制备一改质石墨烯；(b)设置过滤吸附层：过滤吸附层包括改质石墨烯；(c)输入废水：废水经过过滤吸附层；(d)过滤吸附：过滤吸附层的改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过改质石墨烯的孔隙排出过滤吸附层；以及(e)分离金属：加热吸附有金属的过滤吸附层至350‑550℃之间，使过滤吸附层中的改质石墨烯沸腾挥发，留下金属。本发明更包括一种利用改质石墨烯收集金属的装置；藉由该方法以及该装置，可以有效吸附并回收废水中的金属。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料的应用领域，特别是关于利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置。

背景技术

随着工业生产、矿业开采及科学研究的发展进步，大量金属及其化合物被排放入水体中，其中含有Fe、Cu、Zn、Pb、As、Co、Ni、Cd、Mn、Bi、Hg、Cr、Ti、Au、Ag、U等多种高浓度有毒重金属，甚至含有放射性元素，也不乏可供工业再利用的金属Au、Ag、Pt、Pd、Al等。这些废水将对周围的水体、土壤及生态环境造成严重污染，且废水中含有的金属难以经由生物降解，而会进入环境或生态系统后累积和转移，对人类健康构成了危害。

目前，对于金属废水的处理方法主要采用吸附法，因为吸附法具有操作简单、效果优异、经济效益较高等优点。研究较多的吸附剂主要有：有机吸附剂，如聚乙烯、树脂、木质素等；无机吸附剂，如活性炭、碳纳米管等碳材料、铁氧化物、粉煤灰、膨润土等。

有机吸附剂仍存在着吸附效率低、热稳定性较差、抗污染能力低、使用寿命不长等问题。而无机吸附剂与其相比，具有吸附效率高、耐酸碱、耐辐射、耐高温、化学稳定性佳、使用寿命长等优点，在废水处理中表现出良好的应用前景。

石墨烯(Graphene)是一种新型二维碳材料，由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形呈蜂窝状晶格的平面结构，具有非常大的比表面积(2630m²/g)；其表面存在大量的含氧官能基，具有吸附容量大、吸附迅速等特点。但石墨烯材料本身易团聚，导致表面反应的官能基减少，从而使吸附效果与吸附选择性较差，且使用后不易于从溶液中分离出来。

是以，本案发明人在观察到上述问题后，认为习知的废水中的金属处理及回收方法仍有改良的空间，而遂有本发明的产生。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种利用改质石墨烯收集金属的方法及装置，其能够利用改质石墨烯以简单的步骤以及结构设置，高效且稳定地连续过滤吸附废水中的金属。

为达上述目的，本发明所提供的一种利用改质石墨烯收集金属的方法，包含步骤：(a)制备一改质石墨烯：将石墨烯以及硫氮化合物加入水中成为一混合物，将该混合物加热至80-100℃，并进行回流、搅拌，然后将该混合物固液分离，固体部分储存作为该改质石墨烯，该改质石墨烯的表面包括至少一氨基及至少一硫；(b)设置过滤吸附层：该过滤吸附层包括该改质石墨烯；(c)输入废水：废水经过该过滤吸附层；(d)过滤吸附：该过滤吸附层的该改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过该改质石墨烯的孔隙排出该过滤吸附层；以及(e)分离金属：加热吸附有金属的该过滤吸附层至350-550℃之间，使该过滤吸附层中的该改质石墨烯沸腾挥发，留下金属；其中，步骤(a)中，该石墨烯与该硫氮化合物重量比为1:2到1:150。

较佳地，其中，步骤(a)中，该石墨烯与该水的重量比为1:1000到1:1000000之间。

较佳地，其中，步骤(a)中，该改质石墨烯的固体含量为80wt％以上。

较佳地，其中，步骤(a)中，该硫氮化合物选自硫脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸-S-2-噻吩及二硫代氨基甲酸铵的其中之一或其组合。

较佳地，其中，步骤(a)中，回流的时间为1-8小时，搅拌的时间为6-12小时。