[发明专利]膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶及其制备方法和应用

说明书

膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶及其制备方法和应用，它涉及石墨烯纳米带复合气凝胶的制备方法及应用，它是要解决现有的石墨烯气凝胶吸咐材料的吸附量低的技术问题。该膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶是以氧化石墨烯纳米带为基质、基质上接枝以膦酸基为功能基团的聚合物的气凝胶。制法：一、制备氧化石墨烯纳米带；二、将三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基膦酸、偶氮二异丁腈和氧化石墨烯纳米带加入到有机溶剂，进行溶剂热反应，得到固体物；三、洗涤、冷冻干燥，得到复合气凝胶，气凝胶中磷的接枝率为15％～25％。该气凝胶可作为吸附剂处理含钍废水，吸附量为300～380mg/g，可用于核废水处理领域。

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米带复合气凝胶的制备方法及应用，属于材料合成和放射性废水处理领域。

背景技术

核科学技术已广泛应用于工业、农业、医学等多个领域，给人们的生产、生活带来了巨大的便利和利益。但核科学技术开发利用过程中会产生大量的放射性废物，放射性废水进入环境后造成水和土壤污染，并可能通过多种途径进入人体，对环境和人类造成危害。对放射性的废水处理方法有离子交换法、生物处理法、膜分离法、吸咐法等。

这些方法中吸咐法具有方便快捷的优点，以碳纳米材料为吸咐剂处理放射性废水时，由于碳纳米材料的纳米尺寸使这种材料比普通碳质材料如活性炭、水热碳等有更大的比表面积和更多的表面原子，碳纳米管和石墨烯作为吸附剂处理放射性污染物的研究目前最为活跃。但是碳纳米材料作为吸附剂处理放射性废水也存在一些不足，如呈粉末状的碳纳米材料作为吸附剂在实际应用中存在分离困难的问题，同时纳米尺度的碳纳米材料在环境中还可能存在纳米毒性，因分离和纳米毒性所导致的二次污染都很大程度上限制了碳纳米材料在吸附中的应用。

为解决上述问题，科学家们开始尝试将碳纳米材料进行磁性修饰和复合，取得了一定效果。如《化学工程学报》(Chemical Engineering Journal)2013年第220期的45-52页中公开的文章《磁性石墨烯/氧化铁复合去除水溶液中U(VI)的合成与应用》(Synthesisand application of magnetic graphene/iron oxides composite for the removal ofU(VI)from aqueous solutions)中公开了一种磁性氧化石墨烯复合材料，并将其应用与吸附放射性废水中的铀。但是以磁性修饰和复合的碳纳米材料在使用过程中仍存在着在酸性废液中不稳定、负载Fe₃O₄后吸附容量大大降低的问题，可见磁性修饰的碳纳米材料作为吸附剂在实际应用中也受到一定的局限性。

为解决纳米粉体吸附材料在水中的有效分离，将纳米材料气凝胶化也是促进其实用化的方法之一。如将石墨烯制备成气凝胶，利用纳米多孔网络结构、高比表面积、高孔隙率、低密度、高吸附性、高机械强度以及易于实现固液分离。如申请号为201610316320.7的中国专利公开了一种萃取分离方法，该方法是将有机相吸附在石墨烯气凝胶上直至吸附饱和，制成石墨烯气凝胶固定有机相，用于萃取回收金属离子，但该石墨烯气凝胶固定有机相产品的萃取效果差。

发明内容

本发明是要解决现有的石墨烯气凝胶吸咐材料的吸附量低的技术问题，而提供膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶及其制备方法和应用。

本发明的膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶是以氧化石墨烯纳米带为基质、基质上接枝以膦酸基为功能基团的聚合物的气凝胶。

膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶中磷的质量百分数为15％～25％。

上述的膦酸功能化聚合物/石墨烯纳米带复合气凝胶的制备方法，按以下步骤进行：

一、利用高锰酸钾氧化法轴向切割多壁碳纳米管，制成氧化石墨烯纳米带；