[发明专利]一种β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业的迅速发展，大量含有重金属污染物的废水排放到水体中，这些污染物通常毒性大、不能降解，可以通过食物链直接或间接进入人体，在人体内积蓄、浓缩从而引起致畸、致癌、致突变等危害。作为一种有毒重金属，铬具有很强的毒性和生物蓄积性的特征，它即使在非常低的浓度下都可引起严重的健康问题。通常情况下，铬在废水中以三价铬和六价铬两个稳定态存在。其中六价铬致突变和致癌性远大与三价铬。为了保护环境和人类的公共安全，在废水排放前，去除这些有毒的重金属离子迫在眉睫。传统的废水处理方法包括吸附，化学混凝，电膜系统和离子交换等方法。在这些处理方法中，吸附法因为其成本低，操作简单而成为最有效的去除废水中重金属离子的方法之一。常用的吸附剂有碳纤维材料、沸石、粘土矿物和一些氧化物等。在实际应用中，由于原料来源不丰富、吸附能力不够等原因，限制了这些吸附剂的广泛应用。因此，制备一种能够解决这些问题的吸附剂具有重大的现实意义。

近年来的研究表明，氧化石墨烯作为石墨烯的重要衍生物，其结构和性质与石墨烯基本相同，具有较高的比表面积和丰富的官能团如羟基、环氧基、羰基、羧基等，这些官能可以作为吸附位点与金属离子产生螯合作用，但是因为其亲水性，在吸附后很难从废水中分离。通过将磁性纳米粒子负载在氧化石墨烯表面而合成的磁性氧化石墨烯解决了这个问题。随之而来的困扰是在磁化过程中，氧化石墨烯表面的一些吸附位点被磁性纳米粒子占据，从而导致磁性氧化石墨烯吸附位点减少，吸附能力也降低。为了提高其吸附能力，就需要在其表面增加对重金属离子具有较强螯合作用的吸附位点。β环糊精是一种包含7个葡萄糖单元分子的环状低聚糖，其表面携带很多含氧基团，分子中的疏水空腔也可以对污染物产生很好的包络作用。但因其在水中具有溶解性，限制了其作为吸附剂在废水处理中的应用。因此，可以将β环糊精通过一定的方法嫁接到磁性氧化石墨烯表面，增加其吸附位点，从而提高其对重金属离子的吸附能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现存在的技术问题，开发一种高效易分离、成本低廉的可用于吸附处理重金属离子的β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物；以及一种工艺简单、制备快速的β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物的制备方法；还提供一种上述复合物应用于去除六价铬离子的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物，其特征在于，所述复合物包括磁性氧化石墨烯基体，所述磁性氧化石墨烯基体上通过乙二胺嫁接了β环糊精。

作为一个总的技术构思，本发明还提出了一种β环糊精与磁性氧化石墨烯复合物的制备方法，是将β环糊精通过乙二胺嫁接在磁性氧化石墨烯表面，这样制备的复合物可以弥补磁性氧化石墨烯吸附位点少的缺陷，具体步骤如下：

（1）将1.0~5.0g石墨、1.0~5.0gK₂S₂O₈、1.0~5.0gP₂O₅和1~20mL H₂SO₄混合后在水浴加热至60~100℃，反应1~8h后加入0.2~1.0L超纯水，冷却后放置5~24h，用超纯水清洗去除残留的酸，在40~80℃真空干燥，将干燥后的产物加入80~150mL温度为0~10℃的H₂SO₄(95~98%)中，再加入1.0~5.0gNaNO₃，5~25gKMnO₄，并在0~20℃下振荡1~8h，然后在20~50℃反应1~5h，再加入0.1~0.5L水保证反应温度控制在80~100℃，继续振荡2~10h，再加入0.4~1.0L水和10~40mLH₂O₂(20~40wt%)，室温下振荡1~4h，再用HCl(5~20%)和水反复清洗，再在30~60℃下超声1~3h，定容后得到浓度为1~10g/L的氧化石墨烯；

（2）在室温下，将0.005~0.02mol的FeCl₃与0.002~0.01mol的FeSO₄融入100~150mL超纯水中，加入100~300mL步骤（1）所述的氧化石墨烯溶液中，迅速加入10~100mL氨水(30~90%)调节pH为9~11，并在70~100℃条件下持续搅拌10~60min，使溶液冷却至室温，再用超纯水清洗至中性，定容后得到浓度为1~10g/L的磁性氧化石墨烯；