本發(fā)明涉及一種吸附廢水中重金屬離子的石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑的制備方法及應(yīng)用，屬于環(huán)境保護(hù)中的水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬離子的毒性大、分布廣、含量低、不易降解，長期在環(huán)境中分散存在，最終通過生物富集作用被動植物吸收，通過食物鏈進(jìn)入人體，對人類的生存和健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，復(fù)雜樣品中重金屬離子的深度處理就顯得十分有意義。吸附是目前常用的一種處理方法，相對于其它的方法，費(fèi)用低，操作簡便，不易造成二次污染，而吸附劑的性能決定了深度處理的效果，它的選擇是其中的關(guān)鍵因素。碳基吸附材料具有較強(qiáng)的吸附能力，在環(huán)境污染物吸附方面得到了廣泛的應(yīng)用。石墨烯是近年來興起的一種碳基吸附材料，它是由sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質(zhì)新材料，其厚度只有0.335nm。近幾年來，國內(nèi)外逐漸將石墨烯用作吸附材料，將其用于水相中環(huán)境污染物的分離富集與測定，取得了卓有成效的結(jié)果，石墨烯材料在替代傳統(tǒng)的吸附劑方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。但是石墨烯作為納米材料，在吸附重金屬離子時可能本身會造成二次污染，不利于水的凈化，納米材料由于其在后續(xù)處理中的不可控性，很難大范圍的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用石墨烯膜與石英砂復(fù)合物吸附重金屬離子的方法，其可實(shí)現(xiàn)對含多種重金屬離子污水的吸附凈化，不會造成二次污染，且易回收重復(fù)使用、工藝高效、快捷、簡單，容易大范圍應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種吸附廢水中重金屬離子的石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

1)基質(zhì)的預(yù)處理：以石英砂為基質(zhì)，將其加入到聚乙烯醇的有機(jī)溶液當(dāng)中，在持續(xù)的攪拌作用下，100℃反應(yīng)2-5h，使石英砂表面富含羥基，置于烘箱中20-50℃干燥后，得到預(yù)處理后的基質(zhì)，待用：

2)石墨烯膜復(fù)合石英砂的制備：將預(yù)處理后的基質(zhì)浸入含有體積濃度為0.1-10％硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液當(dāng)中，20-50℃下，在持續(xù)的攪拌作用下反應(yīng)1-10h，取出基質(zhì)，烘干后，再將其加入到含有0.1％-10wt％石墨烯的有機(jī)溶液當(dāng)中，50-100℃反應(yīng)1-10h，即得到石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑；

所述石墨烯為改性石墨烯，具有表面活性基團(tuán)，表面活性基團(tuán)選自羧基、環(huán)氧基、酰氯基、羥基、巰基、氨基中的任意一種或兩種以上。

步驟1)所述的聚乙烯醇的有機(jī)溶液的溶劑為甲醇、乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃中的任意一種或兩種以上。

步驟2)所述的偶聯(lián)劑為γ―氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的任意一種或兩種以上。

步驟2)所述的石墨烯的有機(jī)溶液的溶劑為甲醇、乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃中的任意一種或兩種以上。

本發(fā)明還提供了一種利用石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑處理廢水的方法，待處理廢水為低濃度(lμg·ml^-1-250μg·ml^-1)高毒性有機(jī)廢水或微量重金屬離子廢水，每升低濃度高毒性有機(jī)廢水或微量重金屬離子廢水中加入1-15g石墨烯膜/石英砂吸附劑，處理時間1-21h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)用化學(xué)方法將石墨烯與石英砂結(jié)合，在水處理過程中，石墨烯不會脫落，避免造成二次污染。

(2)將石英砂與石墨烯結(jié)合，避免了納米材料在后續(xù)處理中的不可控性，更容易重復(fù)回收利用，更適合大范圍應(yīng)用。

(3)將納米技術(shù)創(chuàng)造性地應(yīng)用于毒性大、低濃度、難降解的有機(jī)廢水處理，如農(nóng)藥和除草劑等，以及重金屬廢水，吸附率均在95％以上，吸附時間短，吸附效率高。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑的制備方法，它包括如下步驟：

1)基質(zhì)的預(yù)處理：以石英砂為基質(zhì)，將其加入到5wt％聚乙烯醇的乙醇溶液當(dāng)中，在持續(xù)的攪拌作用下，100℃反應(yīng)2h，使石英砂表面富含羥基，置于烘箱中50℃干燥后，得到預(yù)處理后的基質(zhì)，待用：

2)石墨烯膜復(fù)合石英砂的制備：將預(yù)處理后的基質(zhì)浸入含有體積濃度為1％的γ―氨丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液當(dāng)中，50℃下，在持續(xù)的攪拌作用下反應(yīng)10h，取出基質(zhì)，烘干后，再將其加入到含有5wt％石墨烯的有機(jī)溶液當(dāng)中，100℃反應(yīng)10h，即得到石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑。

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑樣品經(jīng)質(zhì)子化效應(yīng)和投射電鏡分析，說明在石英砂表面形成了一層牢固的石墨烯膜。

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑的應(yīng)用于處理低濃度(lμg·ml^-1-250μg·ml^-1)高毒性有機(jī)廢水：

(1)用3g吸附劑材料處理1000ml濃度為35μg·ml^-1的五氯酚廢水，處理時間為4h，吸附率為95％。

(2)用4g吸附劑材料處理1000ml濃度為25μg·ml^-1的西瑪津廢水，處理時間為5h，吸附率為97％。

實(shí)施例2：

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑的制備方法，它包括如下步驟：

1)基質(zhì)的預(yù)處理：以石英砂為基質(zhì)，將其加入到5wt％聚乙烯醇的甲醇溶液當(dāng)中，在持續(xù)的攪拌作用下，100℃反應(yīng)2h，使石英砂表面富含羥基，置于烘箱中50℃干燥后，得到預(yù)處理后的基質(zhì)，待用：

2)石墨烯膜復(fù)合石英砂的制備：將預(yù)處理后的基質(zhì)浸入含有體積濃度為1％的3-氨丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液當(dāng)中，50℃下，在持續(xù)的攪拌作用下反應(yīng)10h，取出基質(zhì)，烘干后，再將其加入到含有5wt％石墨烯的有機(jī)溶液當(dāng)中，100℃反應(yīng)10h，即得到石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑。

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑樣品經(jīng)質(zhì)子化效應(yīng)和投射電鏡分析，說明在石英砂表面形成了一層牢固的石墨烯膜。

石墨烯膜復(fù)合石英砂吸附劑應(yīng)用于處理微量重金屬離子廢水：

(1)用3g吸附劑材料處理1000ml Mn離子濃度為8mg·ml^-1的廢水，處理時間為6h，吸附率為95％。

(2)用4g吸附劑材料處理1000ml Cd離子濃度為14mg·ml^-1的廢水，處理時間為8h，吸附率為96％。