[发明专利]含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶在污水处理中作为金属离子吸附剂的应用

说明书

本发明涉及水处理领域，公开了一种含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶的制备方法及其应用，该制备方法包括：(1)将水溶性可聚单体，引发剂和交联剂溶于水，得到水相反应液；(2)将含羟基的氧化石墨烯和含羟基的单层薄壁碳纳米管分散于水相反应液中；(3)注入模具中进行自由基聚合，得到水凝胶；(4)冷冻干燥，得到含三维石墨烯的多孔气凝胶；(5)将多多氨基化合物与丙烯酸甲酯先后进行迈克尔加成反应和缩聚反应，得到多氨基超支化聚合物；(6)利用多氨基超支化聚合物对含三维石墨烯的多孔气凝胶进行接枝反应，得到含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶。本发明的多孔气凝胶可用于污水中重金属离子的络合吸附处理，具有优异的吸附性能。

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶在污水处理中作为金属离子吸附剂的应用。

背景技术

随着农村经济的迅速发展，农村水环境污染越来越受人们的关注。除农村生活污水外，畜养殖污水不合理，农业化肥、农药过度使用，乡镇企业废水排放都加剧了农村水环境的污染。而农村污水体量大、成分复杂、深度处理难，常规水处理技术难以达到地表水排放标准。其中，铜、铅、镉等重金属离子即使浓度很低的情况也可以在生物体内积累，扰乱食物链，造成严重的失调和疾病。目前去除废水重金属离子的方法众多，其中吸附法被认为是一种简单高效、低成本去除重金属离子的方法，然而吸附法存在循环再生利用较困难和产生二次污染的缺点。

 三维石墨烯多孔碳材料（3D GBMs）作为新兴的碳基吸附材料，在用于去除水中重金属离子具有高的吸附容量。3D GBMs中氧化石墨烯表面的富含氧基团使得它具有良好的亲水性，表面的含氧基团可以和金属离子发生作用，进而可以分离富集于水相的金属离子。这些功能基团不仅有利于金属离子的吸附和聚集，而且为功能化改性提供了活性位点。然而，3D GBMs可控制备仍面临着诸多挑战，前驱体原材料、尺寸、pH的选择与3D GBMs的结构（比表面积、孔隙率）密切相关，进而影响3D GBMs对重金属离子的吸附性能和吸附速率。因此，如何进一步提高3D GBMs对金属离子的吸附能力是目前的主要研究方向。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶的制备方法及其应用。本发明将多氨基超支化聚合物通过共价键嫁接的方法负载在含三维石墨烯的多孔气凝胶上，可改善含三维石墨烯的多孔气凝胶的孔道结构和比表面积，可作为吸附剂用于污水中重金属离子的络合吸附处理，在短时间内具有优异的吸附性能。同时，由于共价键连接的多氨基超支化聚合物在水处理过程中不会进入水体中，可减少对水体的“二次污染”。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种含多氨基三维石墨烯的多孔气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水溶性可聚单体，引发剂和交联剂溶于水，得到水相反应液；所述水溶性可聚单体为丙烯酰胺和海藻酸钠，丙烯酰胺和海藻酸钠的摩尔比为1:（3.2-3.3）。

 (2)将含羟基的氧化石墨烯和含羟基的单层薄壁碳纳米管分散于所述水相反应液中；所述含羟基的氧化石墨烯、含羟基的单层薄壁碳纳米管和水相反应液的质量比为1:（0.5-1.5）:（1650-1700）。

 (3)将所述步骤(2)所得物料注入模具中，进行自由基聚合，得到水凝胶。

 (4)将所述水凝胶冷冻干燥，得到含三维石墨烯的多孔气凝胶。

 (5)将多氨基化合物与丙烯酸甲酯的甲醇溶液在惰性气体保护下混合，先进行迈克尔加成反应，再进行缩聚反应，得到多氨基超支化聚合物；所述多氨基化合物与丙烯酸甲酯的摩尔量比为（0.8-1.2）:1。