[发明专利]纳米铁石墨烯复合净化材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及空气和水净化技术，尤其是涉及一种纳米铁石墨烯复合净化材料及其制备方法与应用。

背景技术

石墨稀是由一层二维平面排列的碳原子组成的,其中碳原子以sp2杂化连接。由于石墨稀是由纯的碳原子组成并具有整齐的晶体结构，因此它具有很高的晶体质量。到目前为止，在石墨稀中还没有发现类似空位或者错位这样的缺陷。首先由于石墨稀是单原子碳层，因此它具有极大的比表面积，其理论值可达2600m2/g；石墨稀中碳原子之间的键能很大而且具有很好的柔朝性，这使其具有比钻石更大的硬度，并且对其施加机械力时，其表面容易弯曲。通过精确控制多孔石墨烯的孔径并向其中添加其他材料，改变石墨烯小孔边缘的性质，使其能够排斥或吸引水分子。这种特质的石墨烯，就如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子。其优异的吸附性能在空气净化及水净化方面特别突出。

砷的自然来源，主要来自母岩或土壤母质的风化，地壳中砷的含量约1.8mg/kg；自然的土体中，砷含量范围为0.2～40mg/kg，平均浓度为5mg/kg。海水中砷的含量平均浓度为3μg/L，每年流入海洋的砷量达1.5×10^-7kg，估计海洋中砷的总重量达4.3×10¹²kg。火山喷发物中砷含量约20mg/kg。大气中砷的主要来自土壤和植物体的释出，估计每年从地表以蒸气型态逸散至大气中的砷，约有2.37×10⁷kg。对人体而言，砷中毒之主要来源为水或食物。若摄入砷，人和动物能将体内的砷(Ⅲ)氧化成砷(Ⅴ)，或将砷(Ⅴ)还原成砷(Ⅲ)，亦可将砷甲基化。无机砷的毒性大于有机砷，排出体外的速率也较慢；无机砷中又以砷(Ⅴ)排出体外的速率较砷(Ⅲ)快，因此无机砷在组织中的含量较高。又若直接摄入有机砷，则其在动物体中通常经过第一次代谢后，便会形成具有毒害作用的三价氧化砷、某些甲基砷化物，如二甲基砷或三甲基砷。若所摄入的砷型态为双甲基砷时，则不会转变为无机砷。因此，若体内的无机砷转变为有机砷，便能降低砷毒。此作用之进行，由动物实验得知发生在肝脏。急性食入砷一般在30min内即会出现症状，但如果与食物一起摄入时也可能延迟几小时后才出现症状。可能在呼吸及粪便中出现大蒜味、脱水、极度的口渴、呕吐、腹泻及液体-电解质受影响是常见的。

福建师范大学闽南科技学院的周娟娟（《环境科学与管理》2012年第10期）报道活性炭／纳米零价铁复合吸附剂的制备及对砷的去除应用，零价铁能够有效去除砷。

中国专利201210487617公开氢氧化镁/石墨烯复合吸附材料及其制备方法与应用，包括如下步骤：1）利用天然石墨，通过化学氧化方法制备氧化石墨烯；2）将氯化镁溶液滴加到氧化石墨烯溶液中，搅拌1～3h，然后向其中加入与氯化镁相同摩尔量的碱性溶液，继续搅拌1～3h后，抽滤、洗涤、干燥后，得氢氧化镁/氧化石墨烯复合材料；3）将步骤2）得到的氢氧化镁/氧化石墨烯复合材料在水中超声1～2h，向其中加入还原剂，在800W微波中还原反应2～5min后，抽滤、洗涤、干燥后，得到氢氧化镁/石墨烯复合吸附材料。

中国专利201210319477公开一种石墨烯基净水材料及其制备方法和应用，该方法和应用包括：（1）在氧化石墨烯水溶液中加入硫脲，通过水热的方法进行自组装成石墨烯海绵；（2）石墨烯海绵具有较好的机械性能，可裁切为不同形状；（3）石墨烯海绵对染料、油类及有机溶剂具有很好的吸附性能同时表现出很好地循环性能；（4）石墨烯海绵的结构可以通过改变氧化石墨烯的尺寸大小及硫脲的添加量进行调控。

中国专利201210102662公开一种石墨烯基复合分离膜器件的制备方法。它包括以下步骤：1）将氧化石墨稀原料溶于去离子水，在超声浴中处理，得到氧化石墨烯溶液；2）将氧化石墨稀溶液与碱混合在一定温度下搅拌，再用去离子水洗涤，得到还原的氧化石墨烯分散液；3）将石墨烯分散液倒入垫好滤膜的抽滤瓶，抽滤，在真空烘箱中烘干得到石墨烯基复合分离膜；4）将石墨烯基复合分离膜置于过滤装置中得到石墨烯基复合分离膜器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米铁石墨烯复合净化材料及其制备方法与应用。

所述纳米铁石墨烯复合净化材料以石墨烯为基体，基体上载有纳米铁和纳米银，按质量百分比的原料组成如下：纳米铁20%～80%、纳米银1%～2.5%、石墨烯79%～17.5%。

所述纳米铁石墨烯复合净化材料的制备方法，包括以下步骤：