一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種有效去除水溶液中砷的磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法，屬于納米材料與環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]砷是目前化學(xué)試劑中毒性最大且具有致癌作用的藥物之一，砷主要來(lái)源于礦石或土壤、火山爆發(fā)、生物活性、煉油、工業(yè)廢水、采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水、除草劑、化肥等方面。長(zhǎng)期使用含砷的地下引用水會(huì)引起膀胱、肺、皮膚、腎、肝、前列腺等方面的癌癥。一般來(lái)說(shuō)，砷以有機(jī)砷和無(wú)機(jī)砷的形式存在，其中無(wú)機(jī)砷比有機(jī)砷的毒性大。大多數(shù)無(wú)機(jī)砷污染物在水中以亞砷酸鹽As (III)、砷酸鹽As (V)形式存在，其中亞砷酸的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于砷酸的毒性。重金屬元素及有毒非金屬元素(鉛、汞、砷等)能使生物體中的酶失去活性，在生物體內(nèi)積累，不易排出體外，即使含量很低也是有毒的，對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境造成極大的危害。因此，針對(duì)水環(huán)境的要求，目前迫切需要一種有效的方法來(lái)高效能地去除水體中的含As(III)、As(V)的污染物。其中吸附法由于操作簡(jiǎn)便、效率高、具有再生能力且成本低等優(yōu)勢(shì)而成為最合理、最有效的方法。
[0003]氧化石墨稀(Graphene Oxide, GO)是石墨稀的一種氧化物。其表面含有豐富的、高活性的含氧官能團(tuán)，具有良好水溶性和易改變的化學(xué)活性。GO單片上隨機(jī)分布著羥基、環(huán)氧基，且單片邊緣分布者羧基和羰基。大量官能團(tuán)的存在為GO作為一種高性能吸附材料提供了豐富的吸附位點(diǎn)。通過(guò)對(duì)石墨烯表面的官能化，能提高其材料對(duì)多種重金屬離子和有毒非金屬離子的吸附能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。
[0005]本發(fā)明的目的之二是提供上述一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑，通過(guò)包括如下步驟的方法制備而成:
首先配制lg/L的氧化石墨烯水溶液，超聲剝離13h后，將三價(jià)鐵鹽加入其中，磁力攪拌
2.5h后，再添加過(guò)量氨水調(diào)pH為10.5-11，維持90min ；
所用的三價(jià)鐵鹽為FeCl3.6H20，其加入量，按FeCl3.6H20:氧化石墨烯水溶液為0.016mol:1L的比例計(jì)算；
然后加熱，控制溫度為60-70°C進(jìn)行濃縮至粘稠狀態(tài)，然后控制溫度為-80--70°C進(jìn)行冷凍干燥，將干燥后的固體物置于管式爐中，于N2保護(hù)作用下，控制溫度為450°C煅燒2h，即得降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。
[0007]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑，通過(guò)氧化鐵的負(fù)載，同時(shí)增加了比表面積及其表面的吸附活性位點(diǎn)，大大提高了其對(duì)類(lèi)金屬砷的吸附性能。
[0008]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑，由于氧化鐵的負(fù)載，在外加磁場(chǎng)的作用下，可利用本身的特性實(shí)現(xiàn)快速分離，進(jìn)而減少成本，并有效降低其納米毒性；有效解決了石墨烯材料吸附后不易回收的難題。
[0009]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法，由于制備過(guò)程中僅采用常規(guī)化學(xué)試劑氨水和三價(jià)鐵鹽，因此制備所用原料簡(jiǎn)單易得，生產(chǎn)成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0011]實(shí)施例1
一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑，通過(guò)包括如下步驟的方法制備而成:
首先配制500ml的濃度為lg/L的氧化石墨烯水溶液，超聲剝離13h后，將2.1623g三價(jià)鐵鹽加入其中，磁力攪拌2.5h后，再添加過(guò)量氨水調(diào)pH為10.5-11，維持90min ；
所用的三價(jià)鐵鹽為FeCl3.6H20，其加入量，按FeCl3.6H20:氧化石墨烯水溶液為0.016mol:1L的比例計(jì)算；
然后加熱，控制溫度為60-70°C進(jìn)行濃縮至粘稠狀態(tài)，然后控制溫度為-80- -70°C進(jìn)行冷凍干燥，將干燥后的固體物置于管式爐中，于N2保護(hù)作用下，控制溫度為450°C煅燒2h，即得降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。
[0012]應(yīng)用實(shí)施例1
配制濃度為2mg/mL的As (III) NaAsOjK溶液和濃度為2mg/mL的As (V) Na 2撤804水溶液，通過(guò)NaOH和HCl調(diào)節(jié)As (III) NaAsOjK溶液的pH為8，As (V) Na 2HAs04水溶液的pH為5。
[0013]分別將9mg實(shí)施例1所得的降解砷的磁性氧化石墨烯和50mL已配制的As (III)NaAsOjK溶液、9 mg實(shí)施例1所得的降解砷的磁性氧化石墨稀和50mL已配制的As(V)Na2HAsO4水溶液加入到10mL三角瓶中，放入恒溫?fù)u床中在室溫條件下以160r min ―1勻速振蕩，每隔一段時(shí)間取樣，并用微孔濾膜過(guò)濾，所得的濾液中砷離子濃度采用電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法ICP測(cè)定。
[0014]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩組的吸附平衡時(shí)間均為4h，比其他材料對(duì)As (III)/As (V)的吸附快的多。本發(fā)明制備的降解砷的磁性氧化石墨烯對(duì)AS(III)/AS(V)能快速達(dá)到吸附平衡。
[0015]應(yīng)用實(shí)施例2
依次配制濃度為 1，2，5，10，15，20，25，30mg/mL 的 As (III) NaAsOjK溶液，通過(guò)NaOH或HCl調(diào)節(jié)溶液pH=8。
[0016]將9 mg降解砷的磁性氧化石墨烯分別和50mL上述各濃度As (III) NaAsO2水溶液加入到100 mL三角瓶中，置于恒溫?fù)u床中在室溫條件下以160 r mirT1勾速振蕩4h，振蕩結(jié)束后，用微孔濾膜過(guò)濾，所得的濾液中As(III)濃度采用電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法ICP測(cè)定。
[0017]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的降解砷的磁性氧化石墨烯對(duì)As (III)的最大吸附容量為 54.184mg/g，而其他材料如 Magnetite-reduced GO, Fe3O4-GO-MnO2, Magnetic G，Manganese-1ncorporated iron (III) oxide-G 對(duì) As (III)的吸附容量分別為 13.10，14.04,11.43,28.74 mg/g，吸附容量增加了 2-5 倍。
[0018]應(yīng)用實(shí)施例3
依次配制濃度為 1，2，5，10，15，20，25，30mg/mL 的 As (V) Na2HAsCVK溶液，通過(guò) NaOH 或HCl調(diào)節(jié)溶液pH=5。
[0019]將實(shí)施例1所得的9 mg降解砷的磁性氧化石墨烯分別和50mL上述各濃度As (V)Na2HAsCVK溶液加入到100 mL三角瓶中，置于恒溫?fù)u床中在室溫條件下以160 r min ―1勻速振蕩4h，振蕩結(jié)束后，用微孔濾膜過(guò)濾，所得的濾液中As(V)濃度采用電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法ICP測(cè)定。
[0020]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的降解砷的磁性氧化石墨烯對(duì)As(V)的最大吸附容量為 26.76mg/g，而其他材料如 Magnetite-reduced GO，F(xiàn)e3O4-GO-MnO;^ As (V)的吸附容量分別為5.83，12.22 mg/g,吸附容量增加了 2_5倍。
[0021]綜上所述，本發(fā)明充分結(jié)合了氧化石墨烯與磁性氧化鐵的優(yōu)異特性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，制備的降解砷的磁性氧化石墨烯復(fù)合材料可有效去除水體中的砷離子，并且可利用自身的高強(qiáng)度磁性進(jìn)行快速的固液分離，有效降低了其納米毒性和在水處理中的二次污染。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 首先配制lg/L的氧化石墨烯水溶液，超聲剝離13h后，將三價(jià)鐵鹽加入其中，磁力攪拌2.5h后，再添加過(guò)量氨水調(diào)pH為10.5-11，維持90min ； 然后加熱，控制溫度為60-70°C進(jìn)行濃縮至粘稠狀態(tài)，然后控制溫度為-80- -70°C進(jìn)行冷凍干燥，將干燥后的固體物置于管式爐中，于N2保護(hù)作用下，控制溫度為450°C煅燒2h，即得降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性氧化石墨烯吸附劑的制備方法，其特征在于制備所用的三價(jià)鐵鹽為FeCl3.6H20，其加入量，按FeCl3.6H20:氧化石墨烯水溶液為0.016mol:1L的比例計(jì)算。
3.如權(quán)利要求1或2所述制備方法所得的一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑及制備方法，即首先配制1g/L的氧化石墨烯水溶液，超聲剝離后，將三價(jià)鐵鹽置于氧化石墨烯水溶液中，磁力攪拌后加氨水調(diào)節(jié)pH為10.5-11，維持90min，然后控制溫度60-70℃進(jìn)行濃縮至粘稠狀態(tài)，然后再控制溫度-70--80℃進(jìn)行冷凍干燥，將干燥后的固體物置于管式爐中，于N2保護(hù)作用下控制溫度450℃煅燒2h，即得降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑。該降解砷的磁性氧化石墨烯吸附劑，通過(guò)氧化鐵的負(fù)載，改性了氧化石墨烯表面的物理化學(xué)性質(zhì)，不僅提高了其對(duì)類(lèi)金屬砷的吸附性能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了吸附劑的快速磁性分離，提高分離效率，進(jìn)而減少成本，并有效降低其納米毒性。
【IPC分類(lèi)】B01J20-30, B01J20-20
【公開(kāi)號(hào)】CN104772115
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510134709
【發(fā)明人】于飛, 孫賽楠, 韓生, 徐韶楠, 杜長(zhǎng)江, 稅芳, 徐建
【申請(qǐng)人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日