[发明专利]甘氨酸衍生物-氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种甘氨酸衍生物‑氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，其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，经冷冻干燥得到干燥的氧化石墨烯；S2：将S1得到的氧化石墨烯用无水N,N‑二甲基甲酰胺溶解，得氧化石墨烯溶液，然后加入N,N‑二羟乙基甘氨酸混合均匀，在无水催化剂条件下进行酯化反应，再经干燥得到复合材料。本发明制备得到一种结构稳定、具有选择性的复合材料。对各种物质(如酚类物质，稀土离子，有机染料等)具有不同的吸附能力，实现了对水溶液中的污染物的高效吸附以及对无机有机污染物的分离富集；且该复合材料可重复利用，降低了生产成本，具有巨大的经济价值。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种甘氨酸衍生物-氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

向低碳经济的转型导致了对稀土元素的需求不断增长，稀土元素(REEs)及其化合物是现代技术快速发展的必需元素。这些材料在绿色/可持续能源领域尤为重要。同时，苯酚及其衍生物在造纸、染料、纺织、塑料和制药等工业生产过程中越来越多地释放到农业生产区域或水环境中。它们被欧盟(EU)和美国环境保护署(US EPA)列为优先污染物。酚类污染物的存在会对活的有机体造成长期的破坏性影响，并对人类具有致癌潜力。因此，监测环境中酚类化合物的浓度具有重要意义。有机染料对水体的污染已成为全球关注的问题。特别是某些染料的复杂结构和异种生物特性使其难以降解。如亚甲基蓝(MB)污染物不仅会使水质恶化，而且由于其有毒、致癌和诱变特性，对人类健康极其有害。废水中的处理已经通过各种方法完成，包括吸附分离、氧化降解和混凝沉淀。在这些方法中，吸附法具有效率高、成本低、二次污染少等的优点。吸附法是水处理的重要方法之一，具有应用范围广、处理效果好、吸附剂可重复使用等特性，其关键是应用适宜的吸附剂。迄今为止，各种吸附剂已被用于吸附废水。然而，吸附剂由于其固有的缺陷，如吸附容量低、成本昂贵、不可生物降解等，极大地限制了其实际应用。因此，迫切需要开发有效、廉价、实用的吸附剂来解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种甘氨酸衍生物-氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，其目的是为了提供一种结构稳定，选择性好，分离性能好，吸附能力强的复合材料及其制备方法，实现水溶液中稀土离子和有机污染物的有效吸附分离。

为了达到上述目的，本发明提供了一种甘氨酸衍生物-氧化石墨烯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，经冷冻干燥得到干燥的氧化石墨烯；

S2：将S1得到的氧化石墨烯用无水N,N-二甲基甲酰胺溶解，得氧化石墨烯溶液，然后加入N,N-二羟乙基甘氨酸混合均匀，在无水催化剂条件下进行酯化反应，再经干燥得到复合材料。

优选地，所述S1中，采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯。

优选地，所述S2中，氧化石墨烯溶液浓度为10～67mg/mL，氧化石墨烯与N,N-二羟乙基甘氨酸的质量比为1:3～2:3。

优选地，所述S2中，催化剂与氧化石墨烯的质量比为3:10～4:10。

优选地，所述催化剂采用二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶联用，所述二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶的质量比为1:1。

优选地，所述S2中，酯化反应设备采用防潮回流装置，反应温度为140～180℃，反应时间为8～16h。

优选地，所述S2中，酯化反应在磁力搅拌下进行，反应完成后自然冷却至室温，将所得产物减压抽滤，滤渣依次用乙醇和去离子水反复洗涤，去除杂质后收集滤渣进行干燥。

本发明还提供了一种甘氨酸衍生物-氧化石墨烯复合材料，所述复合材料由上述方法制备而得。

本发明还提供了一种上述甘氨酸衍生物-氧化石墨烯复合材料在选择性吸附分离水溶液中稀土离子和有机污染物中的应用。