一種一鍋法合成磁性3d石墨烯復(fù)合吸附材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合吸附材料的方法。
技術(shù)背景
[0002]目前處理廢水的常用方法包括化學(xué)法、生物法、吸附法等?；瘜W(xué)法需向水體中添加化學(xué)試劑，這極易造成二次污染，并且難以徹底消除污染。生物法通常周期較長，工藝流程復(fù)雜、運行操作嚴格，且消除效率受水溫、pH值影響很大。吸附法以其運行管理方便、成本低廉等優(yōu)點，已成為環(huán)境工程中廣泛采用的廢水治理技術(shù)之一。影響吸附法治理效率的關(guān)鍵是吸附材料，因此，發(fā)展廉價高效的吸附材料制備方法至關(guān)重要。一鍋法是一種較為簡單的材料制備方法，反應(yīng)開始后，將所有反應(yīng)原料加入反應(yīng)器后，不再需要繁瑣的分離操作，大大簡化了制備的工藝流程，有效地降低了制備成本。
[0003]石墨稀是具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的平面2D層狀材料。3D石墨稀是由2D石墨稀片整合而成，具有特定的3D微/納米結(jié)構(gòu)。3D結(jié)構(gòu)可以賦予石墨烯組裝體獨特的性質(zhì)，如柔韋刃性、多孔性、尚活性比表面積、優(yōu)質(zhì)的傳質(zhì)性能等。3D石墨稀材料已經(jīng)弓丨起了研究者的關(guān)注，但目前的研究主要集中在制備電極材料方面，如：馮春華等制備了一種用3D石墨烯氧化物氣凝膠修飾的三維電極刷，具有較大的比面積和較好的生物相容性，可用于微生物燃料電池陽極材料的制備[專利【申請?zhí)枴?01410371362. 1];張林森等制備了一種富鋰/3D石墨烯復(fù)合正極材料，該材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和高倍率等電化學(xué)性能[專利【申請?zhí)枴?01410346541. X];李在均等制備了一種3D珊瑚狀石墨烯/NiCo204復(fù)合材料，該材料具有較優(yōu)異的導(dǎo)電性、較大的比表面積、更小的傳質(zhì)阻力和更長的循環(huán)壽命等優(yōu)點[專利【申請?zhí)枴?01410848880. 8]。然而開發(fā)3D石墨烯作為吸附材料的研究卻少有報道。
[0004]在此技術(shù)背景下，我們發(fā)展一種一鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合吸附材料的方法，該方法條件溫和，操作簡便，所獲產(chǎn)品對氟離子這種嚴重威脅環(huán)境安全的重要污染物具有優(yōu)異的吸附性能。本發(fā)明所涉及方法未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種條件溫和、操作簡便的制備3D石墨烯復(fù)合吸附材料的方法。本發(fā)明采用如下手段實現(xiàn)：
(1)將氧化石墨烯（G0)超聲剝離，離心取上層溶液，得均勻的氧化石墨烯（G0)分散液；
(2)將ZrOCl2? 8H20、FeCljP FeCl 3溶解在去離子水中，緩慢地加入上述氧化石墨烯(G0)溶液中，控制溫度在50°C ；
(3)進行完成（2)后，升高溫度至80°C，調(diào)節(jié)pH至10，持續(xù)強烈攪拌約2h，所得產(chǎn)品自然降溫至室溫，加入聚乙烯亞胺溶液，然后25°C靜置24h ;
(4)所得產(chǎn)品用去離子水徹底清洗至中性后冷凍干燥；
(5)所得產(chǎn)品為磁性3D石墨烯-Zi(0H)4復(fù)合吸附材料，對氟離子表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性會K。
[0006]本發(fā)明中步驟（2)也可用其他步驟代替，具體為：將鈦酸正丁酯，F(xiàn)eCljP FeCl 3溶解在去離子水中，pH值控制在5以下，再將其緩慢地加入上述氧化石墨烯（GO)溶液中，先超聲5min再攬摔20 min。
[0007]本發(fā)明中步驟（2)也可用其他步驟代替，具體為：或?qū)⑩佀嵴□?、FeCljP FeCl 3的水溶液加入至（1)的氧化石墨烯分散液中，pH值控制在5以下，至反應(yīng)結(jié)束前不需要進行其它分尚操作。
[0008]本發(fā)明中通過上述步驟代替步驟（2)后，所得產(chǎn)品為磁性3D石墨烯-打(011)4復(fù)合吸附材料，對氟離子表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是：（1)反應(yīng)條件溫和、操作簡單、適用于大規(guī)模生產(chǎn)；（2)方法具有普適性，與3D石墨烯復(fù)合的組分包括但不限于Zi (0H)4、Ti (0H)4；(3)產(chǎn)品成本低廉，具有磁性，適用于實際大體積氟污染廢水的治理。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明方法制備的磁性3D石墨烯-Zi(0H) 4復(fù)合材料吸附氟離子的吸附等溫線，符合Lamguir模型。
[0011]圖2為本發(fā)明方法制備的磁性3D石墨烯-Ti(0H) 4復(fù)合材料吸附氟離子的吸附等溫線，符合Lamguir模型。
【具體實施方式】
[0012]以下對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。
[0013]實施例1
將0. 2g GO在200 mL去離子水中超聲剝離2h，4000轉(zhuǎn)/min離心30min，取上層溶液，得到 G0 分散液。將 200mL ZrOCl2 ? 8H20、Fe2+和 Fe 3+的水溶液(11. lg ZrOCl 2 ? 8H20，0. 02mol FeCljP0.04 mol FeCl 3溶解在200 mL去離子水中，）緩慢地加入上述GO溶液中，控制溫度在50°C。加完后，升高溫度至80°C，溶液用NaOH調(diào)節(jié)至10，持續(xù)強烈攪拌約2h，所得產(chǎn)品自然降溫至室溫，加入20mL 30 mg/mL的聚乙稀亞胺溶液，攪拌約lh，再超聲lmin，然后25°C靜置24h，再用去離子水徹底清洗至中性，最后冷凍干燥得到產(chǎn)品磁性3D石墨烯_21(011)4復(fù)合吸附材料。
[0014]所得產(chǎn)品磁性3D石墨烯-Zi (0H) 4復(fù)合吸附材料對氟離子的批量吸附等溫線如圖1所示，吸附等溫線符合Langmuir模型(擬合度為99. 6%)，由此計算得到其對氟離子的最大吸附量為95. 2 mg/go
[0015]實施例2
0. lg GO在200 mL去離子水中超聲剝離2h，4000轉(zhuǎn)/min離心30min，取上層溶液，得到G0分散液。將200mL鈦酸正丁酯、Fe2+和Fe 3+的水溶液（11. 7g鈦酸正丁酯，3. 97g FeCl 2和10. 81g FeCl3溶解在200 mL去離子水中），pH值用HC1控制在5以下，再將其緩慢地加入上述G0溶液中，先超聲5min再攪拌20 min。加完后，升高溫度至80°C，溶液用NaOH調(diào)節(jié)至10，持續(xù)強烈攪拌約2h，所得產(chǎn)品自然降溫至室溫，加入10ml的30 mg/mL的聚乙烯亞胺溶液，攪拌約lh，再超聲lmin，然后25°C靜置24h，然后再用去離子水徹底清洗至中性，最后冷凍干燥得到產(chǎn)品磁性3D石墨烯-Ti (OH) 4復(fù)合吸附材料。
[0016]所得產(chǎn)品磁性3D石墨烯-Ti (0H) 4復(fù)合吸附材料對氟離子的批量吸附等溫線如圖2所示，吸附等溫線符合Langmuir模型(擬合度為95. 6%)，由此計算得到其對氟離子的最大吸附量為37. 7 mg/go
【主權(quán)項】
1.一種一鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合吸附材料的方法，其特征在于: (1)將氧化石墨烯充分超聲分散形成均勻的氧化石墨烯分散液； (2)將ZrOCl2.8Η20、FeCljP FeCl 3的水溶液加入至(I)的氧化石墨烯分散液中，控制溫度在50°C，至反應(yīng)結(jié)束前不需要進行其它分離操作； (3)進行完成(2)后，升高溫度至80°C，調(diào)節(jié)pH至10，持續(xù)強烈攪拌后，所得產(chǎn)品自然降溫至室溫，加入聚乙烯亞胺溶液，然后25°C靜置24h，最后冷凍干燥獲得產(chǎn)品； (4)所得產(chǎn)品為磁性3D石墨烯-Zi(OH)4復(fù)合吸附材料，對氟離子表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性會K。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述步驟(2)也可用其他步驟代替，具體為:或?qū)⑩佀嵴□?、FeCljP FeCl 3的水溶液加入至(I)的氧化石墨烯分散液中，pH值控制在5以下，至反應(yīng)結(jié)束前不需要進行其它分離操作。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種一鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合材料的方法，其特征在于:所得產(chǎn)品為磁性3D石墨烯-Ti (OH)4復(fù)合吸附材料，對氟離子表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種一鍋法合成磁性3D石墨烯復(fù)合吸附材料的方法，其制備方法在于：將石墨烯分散液與復(fù)合組分進行一鍋反應(yīng)，通過控制溫度、調(diào)整pH值使其復(fù)合，形成3D石墨烯復(fù)合吸附材料。該方法條件溫和，操作簡便，反應(yīng)過程中不需要分離操作，有利于低成本大批量地生產(chǎn)功能材料。所得產(chǎn)品具有磁性，對氟離子表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，在處理大體積氟污染廢水方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B01J20/28, B01J20/20, B01J20/30
【公開號】CN105032352
【申請?zhí)枴緾N201510416632
【發(fā)明人】蔣華麟, 陳萍華, 厲夢琳, 張為波, 田磊, 白培培
【申請人】南昌航空大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月16日