本發(fā)明屬于吸附材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

我國是紡織印染業(yè)第一大國，而紡織印染業(yè)又是工業(yè)廢水的排放大戶，廢水中含有大量的染料，其中染色加工過程中10-20％的染料排放到廢水中，因此，對廢水中染料的處理也是我們需要解決的根本問題。

纖維類吸附材料分子內(nèi)有很多羥基集團(tuán)，且具有多孔的特性，人們通過化學(xué)改性，提高其吸附性能。粘膠纖維屬于再生纖維素纖維，具有較好的吸附性。已有報(bào)道粘膠纖維與炭纖維可以制成高吸附性的粘膠纖維。

石墨烯以及它的衍生物有許多作為吸附材料的天然優(yōu)勢。首先,石墨烯是單層的結(jié)構(gòu),所有的原子都是表面原子,因而石墨烯具有極大的比表面積。石墨烯的有效吸附表面甚至要比CNTs的還要高,這是因?yàn)槲廴疚锖茈y擴(kuò)散進(jìn)入CNTs的內(nèi)表面。其次,與傳統(tǒng)的吸附劑相比,污染物在石墨烯吸附材料上的吸附有著較快的吸附動力學(xué)。石墨烯吸附材料的孔狀結(jié)構(gòu)使得污染物具有更高的擴(kuò)散速率,并直接導(dǎo)致更高的吸附速率。再者,相較其他高效吸附材料,石墨烯吸附材料的生產(chǎn)成本更低。最后,石墨烯吸附材料能同時(shí)處理多種污染物。石墨烯吸附材料處理重金屬、染料、小分子有機(jī)污染物和油污等都有較高的吸附量。為了適應(yīng)不同的需求,石墨烯吸附材料的官能化是重要途徑。其中利用較多的是氧化石墨烯，它是最重要的碳材料吸附劑,因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、易于生產(chǎn)、吸附量大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料及其制備和應(yīng)用，本發(fā)明方法快速、簡便、有效、適用于規(guī)?；僮鳌?/p>

本發(fā)明的一種基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料，所述吸附材料原料包括：氧化石墨烯和粘膠纖維，其中氧化石墨烯、粘膠纖維的比例為150～300mg:300～600mg。

本發(fā)明的一種基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料的制備方法，包括：

配置氧化石墨烯溶液，然后將氧化石墨烯均勻噴灑在粘膠纖維上，烘干，即得基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料。

所述氧化石墨烯溶液的濃度為15-20mg/ml。

所述烘干為在55-65℃的烘箱烘干。

本發(fā)明的一種基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料的應(yīng)用，應(yīng)用于染料的吸附，具體為：將基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料加入到染料溶液中，震蕩，然后測試氧化石墨烯改性的粘膠纖維對染料溶液的去除率和最大吸附量。

所述染料溶液為孔雀石綠染料溶液，濃度為25～60.00mg/ml，體積為10～50.00ml。

所述基于氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料與染料的比例為450～900mg:250～3000mg。

所述震蕩為：搖床震蕩，震蕩時(shí)間為10～150分鐘，震蕩速度為100-150次/分鐘。

測試氧化石墨烯改性的粘膠纖維對染料溶液的去除率和最大吸附量：利用紫外分光光度計(jì)在波長619nm處，檢測吸附前后染料溶液的吸光度變化，并計(jì)算得到去除率和最大吸附量。

本發(fā)明中氧化石墨烯的制備，具體為：

(a)預(yù)氧化：將K₂S₂O₈、P₂O₅、濃硫酸混合，80-100℃水浴條件下，攪拌，加入石墨烯，反應(yīng)，抽濾、洗滌、晾干，得到預(yù)氧化樣品；其中K₂S₂O₈、P₂O₅、濃硫酸、石墨烯的比例為15～20g：15～20g：70～90ml：15～20g；

(b)氧化：冰浴條件下，將上述預(yù)氧化樣品加入到濃硫酸中，均勻分散，然后加入KMnO₄后轉(zhuǎn)移到35-45℃水浴中反應(yīng)，然后在冰浴中降溫，定容，然后加入H₂O₂，靜止過夜；酸純化；分級離心，即得氧化石墨烯；其中濃硫酸、KMnO₄、H₂O₂的比例為700～900ml：100～110g：35～40ml。

所述步驟(a)中用量K₂S₂O₈為15～20g，P₂O₅為15～20g，濃硫酸為70～90ml。

所述步驟(b)中用量濃硫酸為700～900ml，KMnO₄為100～110g，H₂O₂為35～40ml。

所述步驟(a)中反應(yīng)時(shí)間為10-40min。

所述步驟(a)中抽濾、洗滌，晾干為：加入去離子水，然后用布氏漏斗抽濾，去離子水沖洗，直至pH值在5～6，結(jié)束后放在濾紙片上過夜晾干。

所述步驟(b)在冰浴中降溫為降至0-10℃左右。

所述步驟(b)酸純化為：去除上清液后，用PTFE膜過濾、稀鹽酸沖洗，重復(fù)5～6次，然后用去離子水洗滌、離心。

所述步驟(b)定容為冰浴中取出的液體一分為二，分別裝入2個2L圓底燒瓶，并分別用去離子水定容至2L。

分級離心主要分為兩個階段，

1)第一階段：以較小轉(zhuǎn)速和較少時(shí)間離心，去除沉淀物質(zhì)(離心管下層團(tuán)聚狀物質(zhì))，保留上清液。

2)第二階段：以較大轉(zhuǎn)速和較長時(shí)間離心，去除上清液，保留沉淀物質(zhì)，直至上清液pH值穩(wěn)定在中性左右。

所述步驟(b)分級離心分為兩個階段，其中第一階段為：以500～1500rpm離心5-10min，去除沉淀物質(zhì)，保留上清液；第二階段為：轉(zhuǎn)速8000～12000rpm離心15～30min，去除上清液，保留沉淀物質(zhì)，洗滌直至上清液pH值穩(wěn)定在6.4～7.0。

有益效果

本發(fā)明的一種新的氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料作為一種新的吸附劑，能有效的吸附染料，基于碳材料的氧化石墨烯，不但能有效吸附，同時(shí)具有環(huán)保、無毒等功效，有著廣泛的應(yīng)用前景；

本發(fā)明制備的氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料吸附量大，氧化石墨烯改性的粘膠纖維質(zhì)量為500mg時(shí)對染料的吸附量就可以達(dá)到800mg，同時(shí)本發(fā)明方法操作簡單，反應(yīng)條件溫和，耗時(shí)較少，成本低，適用于規(guī)?；a(chǎn)；

本發(fā)明涉及一種基于氧化石墨烯的新型吸附功能拓展了傳統(tǒng)吸附劑的種類，與傳統(tǒng)的吸附劑活性炭相比較，氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料，吸附速率高，吸附量大，可以應(yīng)用于廢水中染料的處理等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為中氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料的SEM圖片；

圖2為粘膠纖維對孔雀石綠染料的去除率和氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料對孔雀石綠染料的去除率；

圖3為實(shí)施例3中氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料對孔雀石綠染料的吸附量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1

步驟1：先配制質(zhì)量濃度為20mg/ml的氧化石墨烯，準(zhǔn)確稱量粘膠纖維的質(zhì)量為500mg。

步驟2：用噴槍將氧化石墨烯均勻的噴灑于粘膠面膜紙上，噴灑氧化石墨烯15ml，放在60℃的烘箱烘干，即得氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料。見圖1的SEM。

粘膠纖維吸附效率的測定，包括如下步驟：

步驟1：配制質(zhì)量濃度為25.00mg/ml的孔雀石綠染料200ml待用。

步驟2：稱量6份500mg粘膠纖維分別放到6個規(guī)格為50ml的錐形瓶中，向錐形瓶中分別加入濃度為25.00mg/ml的孔雀石綠染料30ml，震蕩速度為100次/分鐘。

步驟3：分別在震蕩20分鐘，40分鐘，60分鐘，80分鐘，100分鐘，120分鐘時(shí)測量吸附前后孔雀石綠染料溶液在619nm下的吸光度，按下式計(jì)算吸附效率：

R(％)＝(C₀-C_t)/C₀x 100

R為t時(shí)刻對孔雀石綠染料的吸附效率，C₀和C_t分別為孔雀石綠染料的初始濃度和在t時(shí)刻的濃度，見圖2。

實(shí)施例2

氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料吸附效率的測定，包括如下步驟：

步驟1：配制質(zhì)量濃度為25.00mg/ml的孔雀石綠染料200ml待用。

步驟2：稱量6份500mg氧化石墨烯改性的粘膠纖維分別放到6個規(guī)格為50ml的錐形瓶中，向錐形瓶中分別加入濃度為25.00mg/ml的孔雀石綠染料30ml，震蕩速度為100次/分鐘。

步驟3：分別在震蕩20分鐘，40分鐘，60分鐘，80分鐘，100分鐘，120分鐘時(shí)測量吸附前后孔雀石綠染料溶液在619nm下的吸光度，按下式計(jì)算吸附效率：

R(％)＝(C₀-C_t)/C₀x 100

R為t時(shí)刻對孔雀石綠染料的吸附效率，C₀和C_t分別為孔雀石綠染料的初始濃度和在t時(shí)刻的濃度，見圖2。

由圖2中可知：氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料的脫色率，20分鐘脫色率就高達(dá)50％，在吸附時(shí)間為80分鐘時(shí)，脫色率就可以達(dá)到85％，遠(yuǎn)高于同質(zhì)量的活性炭的脫色率。

實(shí)施例3

氧化石墨烯改性的粘膠纖維吸附材料吸附量的測定，包括如下步驟：

步驟1：配制質(zhì)量濃度為25.00mg/ml，30.00mg/ml，35.00mg/ml，40.00mg/ml，45.00mg/ml，50.00mg/ml的孔雀石綠染料待用。

步驟2：稱量6份500mg氧化石墨烯改性的粘膠纖維分別放到6個規(guī)格為50ml的錐形瓶中，向錐形瓶中分別加入濃度為25.00mg/ml，30.00mg/ml，35.00mg/ml，40.00mg/ml，45.00mg/ml，50.00mg/ml的孔雀石綠染料30ml。將6個錐形瓶放置到搖床上震蕩100分鐘，震蕩速度為100次/分鐘。

步驟3：分別在6個不同濃度下測量吸附前后孔雀石綠染料溶液在619nm下的吸光度，

按下式計(jì)算吸附量：

Q＝(C₀-C_t)V₀/M

Q為t時(shí)刻對孔雀石綠染料的吸附量，mg/g；V₀為初始溶液體積，ml；C₀和C_t分別為孔雀石綠染料的初始濃度和在t時(shí)刻的濃度，M氧化石墨烯改性的粘膠纖維的質(zhì)量。為見圖3。