[发明专利]氧化石墨烯-N-苄氧羰基甘氨酸复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种氧化石墨烯‑N‑苄氧羰基甘氨酸复合材料的制备方法与应用。首先，制备氧化石墨烯分散液。其次，制备N‑苄氧羰基甘氨酸溶液。最后将氧化石墨烯分散液与N‑苄氧羰基甘氨酸通过自组装得到氧化石墨烯‑N‑苄氧羰基甘氨酸复合材料。通过在氧化石墨烯表面引入N‑苄氧羰基甘氨酸，以自组装的方式实现物理包覆，该方法使得保留氧化石墨烯本身丰富的含氧官能团的同时降低氧化石墨烯因自身π‑π作用而产生的不可逆堆叠。在此基础上，引入氨基和羧基，增加官能团的种类和数目，增强复合材料的稳定性，为复合材料提供更多的活性位点，使该复合材料对水溶液的稀土元素拥有卓越的吸附性能。且该复合材料可实现重复利用，具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯-N-苄氧羰基甘氨酸复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

稀土是现代技术的重要组成部分，被视为极其重要的战略资源。由于其独特的性能，被广泛应用于化学工程、核工业、冶金、医药、电子和计算机技等领域。素有工业“黄金”之称的稀土，由于其优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。然而随着世界发展对稀土的需求日益增多，导致稀土储量急剧下降，而稀土不能被再生产和再加工，含有稀土的废水如若不加以处理，直接流入环境，不仅意味着稀土资源的巨大浪费，而且还对生物系统产生有害影响。这对世界发展而言，是巨大的损失。为了降低稀土的损失，一个越来越有希望的替代办法是根据回收和废物管理技术再次供应稀土元素。由于回收和废物管理是循环经济的关键因素，加强它们以改善这些关键原材料的供应是一个非常有吸引力的选择。另一方面，为了减少含有稀土的废水对环境的污染，降低稀土损失率，吸附分离废水中的稀土显得尤为重要。

吸附法是去除废水中污染物的重要方法之一，具有操作简单、效率高、成本低、无二次污染等优点。吸附技术因其简单、高效而成为一种有利、可行的稀土回收方法。近年来，各种各样的合成、功能化的吸附材料均对稀土元素进行了有效的吸附。含有稀土元素的废水吸附中最突出的属纳米材料，这主要是与大的比表面积和表面易功能化有关。除了具有较高的吸附能力外，纳米材料还必须能够简单地去除废水中的目标元素。

基于目前市面上对吸附剂的要求——吸附能力强，易再生和再利用，经济效益高寻求适宜的吸附剂。吸附能力的强弱主要取决于吸附条件和官能团。具有多种官能团的吸附剂比具有单一或无官能团的吸附剂具有更高的吸附能力。影响吸附性能强弱的另一种重要因素是吸附剂的比表面积，较大的比表面积拥有更好的吸附性能。氧化石墨烯因具有较大的比表面积的同时含有丰富的含氧官能团而被广泛地运用于吸附中。但是，正因为其本身含有的羧基，羟基以及环氧基团导致其具有很强的亲水性。基于此，有必要进一步修饰改善氧化石墨烯以降低其水溶性，增加其疏水性，提升吸附性能。

以市面上对吸附剂的要求，寻求环境友好，经济效益高，吸附性能强，可重复利用的吸附材料仍然是当今不可忽略的课题。

发明内容

本发明提供了一种氧化石墨烯-N-苄氧羰基甘氨酸复合材料及其制备方法与应用，通过自组装的方式制备一种吸附能力强，结构稳定的复合材料，实现水溶液中稀土元素有效吸附分离。

为了达到上述目的，本发明提供了一种氧化石墨烯-N-苄氧羰基甘氨酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：以鳞片石墨为原料制备氧化石墨烯分散液；

S2：以N-苄氧羰基甘氨酸为原料制备N-苄氧羰基甘氨酸溶液；

S3：将氧化石墨烯分散液与N-苄氧羰基甘氨酸溶液混合进行自组装，再经冷冻干燥制得复合材料。

优选地，所述S1中，采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液的浓度为5～10mg/mL。