一種石墨烯炭過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種石墨稀炭過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]抗生素的濫用成為當(dāng)下一大難題，衛(wèi)生部有關(guān)專家更是發(fā)出“抗生素毀掉中國一代人”的警示，因?yàn)槲覈毡榭股赜昧枯^大，且在不少地方，地表水體也成為抗生素的載體，倘若不能改變?yōu)E用抗生素的問題，賴以生存的水資源遲早會成為奪命之水。而最近的一份學(xué)術(shù)報(bào)告稱，在對我國地表水的檢測當(dāng)中發(fā)現(xiàn)68種抗生素，且濃度較高。我國大部分地區(qū)的飲用水源均為地下水，目前現(xiàn)有的水處理技術(shù)無法徹底清除水中抗生素，因此，地表水含抗生素的危害不可小視。雖然檢測出的抗生素只有痕量水平，但是長期飲用仍會影響人體免疫系統(tǒng)，降低機(jī)體免疫力，形成耐藥抗藥體質(zhì)，同時微量的抗生素可能影響人體腸道細(xì)菌平衡。且部分抗生素具有毒性，會損害人的肝、腎、神經(jīng)系統(tǒng)等。此外，抗生素長期高濃度存在于地表水中，會對地表微生物鏈起到殺傷作用，最終威脅自然生態(tài)環(huán)境。因此，如何去除地表水中的抗生素，保證人們?nèi)粘ｏ嬘盟男l(wèi)生安全成為當(dāng)前亟需解決的問題。人類進(jìn)行水處理的方式已經(jīng)有相當(dāng)多年歷史，物理方法包括利用各種孔徑大小不同的濾材，利用吸附或阻隔方式，將水中的雜質(zhì)排除在外?；钚蕴渴俏椒绞街休^重要的材料，具有吸附性能良好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐高溫水浸、用法靈活多變，費(fèi)用低廉等優(yōu)勢，在水處理中的應(yīng)用已從最初的去除水中的臭味發(fā)展到處理一系列特定的有機(jī)污染物，例如氯化有機(jī)物、脂肪族和芳香族碳水化合物、消毒副產(chǎn)物前體物等。而阻隔方法則是將水通過濾材，讓體積較大的雜質(zhì)無法通過，進(jìn)而獲得較為干凈的水。因此，合理利用活性炭設(shè)計(jì)出一種能有效去除地表水中抗生素的過濾材料及設(shè)備，使其同時兼?zhèn)湮脚c阻隔方式的過濾效果迫在眉睫。對此，我們利用氧化石墨烯改性碳材料，合成了一種針對水中抗生素過濾的碳膜，對其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)抗生素過濾前后的濃度計(jì)算發(fā)現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)，我們合成的碳膜可以有效去除99%以上的抗生素。但有些分子太小的抗生素，普通活性炭難以濾除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種石墨稀炭過濾材料及其制備方法，作過程簡單、機(jī)械性能強(qiáng)，適用于水中多種小分子及雜質(zhì)的過濾，特別是對抗生素的過濾具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種石墨烯炭過濾材料，包括果殼活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨烯。
[0005]石墨烯炭過濾材料的制備方法，括以下步驟:稱取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯與水的質(zhì)量比為250:1，攪拌30!^11，超聲30min，重復(fù)兩次后烘干。所述的氧化石墨稀分散液的片徑小于500nm。
[000?] 所述的攪拌時選用的溫度為50-80攝氏度，轉(zhuǎn)速為700rpm。所述的攪拌時間為15-60min，超聲時間為 15_30min。
[0007]上述的石墨烯炭過濾材料的在水體中抗生素檢測方面的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:活性炭過濾是將水中懸浮狀態(tài)的污染物進(jìn)行截留的過程，被截留的懸浮物充塞于活性炭間的空隙。濾層孔隙尺度以及孔隙率的大小，隨活性炭料粒度的加大
而增大。即活性炭粒度越粗，可容納懸浮物的空間越大。其表現(xiàn)為過濾能力增強(qiáng)，納污能力增加，截污量增大。同時，活性炭濾層孔隙越大，水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層，在有足夠保護(hù)厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾層更好地發(fā)揮截留作用，機(jī)組截污量增加。嚴(yán)格的理論上講，活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積?；钚蕴拷?jīng)過活化后碳晶格形成形狀和大小不一的發(fā)達(dá)細(xì)孔，大大增加比表面積，提高吸附能力?；钚蕴康募?xì)孔有效半徑一般為Ι-lOOOOnm，孔容積一般為1-1.5mL/g，通過精確地理論計(jì)算，選舉片徑小于500nm的氧化石墨稀分散液，通過一種特殊的物理技術(shù)，把氧化石墨烯分散液送入活性炭的細(xì)孔并附椎在內(nèi)表面上，達(dá)到增加過濾材料的比表面積，改善過濾效果。基于這部分氧化石墨烯的工作，成功開發(fā)出了一種石墨烯炭分子篩，它有著輕薄，穩(wěn)定，耐熱，比表面積大等特性，尤其是一種特殊的的優(yōu)點(diǎn):它是炭，對人體無害。與同樣重量的活性炭比較吸附性提高8倍，對它的民用開發(fā)將會帶來大量的市場收益。潛在產(chǎn)品包括防霧霾口罩、帽子以及紗窗等。同時，這種石墨烯炭分子篩新材料還可用于空氣凈化器以及汽車換氣系統(tǒng)中濾膜的開發(fā)。其次，這種石墨烯改性碳材料合成一種復(fù)合膜，可有效去除飲用水中抗生素。
【附圖說明】
[0009]圖1是柱狀活性炭吸附性能圖。
[0010]圖2是炭分子篩吸附效率隨著GO體積變換的變化；
圖3為純柱狀活性炭SEM圖；
圖4為加入0.5mL GO的碳分子篩SEM圖；
圖5為加入1.0mL GO的碳分子篩SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明所述的實(shí)例是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，在與本發(fā)明相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變和調(diào)整，都應(yīng)認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0012]—種石墨烯炭過濾材料，包括果殼活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨稀O石墨稀炭過濾材料的制備方法，括以下步驟:
稱取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯與水的質(zhì)量比為250:1，攪拌30min，超聲30min，重復(fù)兩次后烘干。
[0013]最佳實(shí)施例
對于2.0OOg的柱狀活性炭而言，加入0.5mL，2mg/L的氧化石墨烯分散液，即質(zhì)量比為250:1，重復(fù)兩次后烘干。
[0014]其中氧化石墨稀分散液的片徑小于500nm，攪拌時選用的溫度為50-80攝氏度，轉(zhuǎn)速為700rpm，攪拌時間為15_60min，超聲時間為10_15min。得到的產(chǎn)物在過濾水體中抗生素的效果最佳。
[0015]上述的石墨烯炭過濾材料的在水體中抗生素檢測方面的應(yīng)用。
[0016]粒狀柱活性炭是具有弱極性的多孔性吸附劑，具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對水中有機(jī)物有較好的吸附特性。由圖2可以知道，一開始，隨著GO量的增加，吸附效率逐漸增加，當(dāng)達(dá)到最大吸附值時，GO再繼續(xù)增加，吸附效率反而減少。對此我們篩選出對于2.0OOg的柱狀活性炭而言，加入0.5mL，2mg/L的氧化石墨烯制成的炭分子篩吸附效果最優(yōu)化。由圖3、4和5可以看到，氧化石墨烯片徑大量附著在柱狀活性炭空隙中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯炭過濾材料，包括果殼活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨烯。2.一種如權(quán)I所述的石墨稀炭過濾材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 稱取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯與水的質(zhì)量比為250:1，攪拌15_60min，超聲15_30min，重復(fù)兩次后烘干。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨稀炭過濾材料的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨稀分散液的片徑小于500nmo4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨稀炭過濾材料的制備方法，其特征在于，所述的攪拌時選用的溫度為50-80攝氏度，轉(zhuǎn)速為700rpm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨稀炭過濾材料的制備方法，其特征在于，所述的攪拌時間為15_60min，超聲時間為15-30min。6.如權(quán)利要求1所述的石墨烯炭過濾材料在水體中抗生素檢測方面的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯炭過濾材料及其制備方法，包括果殼活性炭粒，所述的活性炭底空隙中含有1%的氧化石墨烯，制備方法包括以下步驟：稱取粒柱活性炭，烘干后加入氧化石墨烯分散液，其質(zhì)量比為(250:1)，攪拌30min，超聲30min，重復(fù)兩次后烘干。本申請的過濾材料可有效去除飲用水中抗生素，為目前的水處理特別是飲用水的凈化處理提供給了一種高效濾材。
【IPC分類】B01J20/30, B01D39/06, B01J20/20
【公開號】CN105709498
【申請?zhí)枴緾N201610112009
【發(fā)明人】李海濤, 包丹丹, 劉迎亞, 渠陸陸
【申請人】徐州深藍(lán)新材料科技有限公司