[发明专利]一种石墨烯‑二氧化钛纳米管水凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于工业废水处理领域，具体涉及一种石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

我们国家抗生素产量高,因为用药的非合理性，抗生素滥用在我国已成常态，使得大量抗生素以原药或者代谢产物的形式进入环境。一般药物不易溶于水，且具有较强的抑制和杀灭细菌的作用，属于难生物降解物质。具体来源有制药厂生产废水、医院废水、家禽以及水产养殖废水，目前现有的污水处理技术中,生化处理方式存在一定弊端，通过污水处理厂很难将环丙沙星完全降解。目前环丙沙星已经在地下水、地表水、医院废水、污水处理厂排放水中被检测到。而利用物理方法中的吸附，对高浓度和低浓度的抗生素废水都有很好的处理效果，而且操作简单，吸附周期短。

中国发明专利，公开日为：2015.04.20，公开号：CN 104525160 A，公开了一种通过改性氧化石墨烯包裹于多孔炭微球之上，并同时进行表面的单体聚合反应制备吸附树脂，形成的复合材料，用来吸附水中土霉素、四环素、强力霉素的模拟废水。但是制备方法繁琐，过程中能耗高，采用的一些气体、溶剂等有一定污染，且对200mg/L的废水去除率低于70％。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有生物化学技术的抗生素废水处理过程中存在的能耗高、成本高和效果差的技术问题，提供一种石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶的制备方法，它能够实现对抗生素废水的高效物理吸附，成本较低效果好，加入二氧化钛纳米管后使得复合材料具有再生以及光催化性能。处理后的废水浓度低于国家标准，处理后的水可排放入水体，减少了对水中植物和水产的影响。

本发明的另一目的在于上述方法制备的石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶及其在处理含抗生素废水中的应用。投入含有抗生素的废水中进行吸附去除水中的抗生素类药物，其中吸附温度为常温，优先为20～30℃，吸附时间为4～5天。吸附平衡后，达到的吸附量为600～700mg/g,最佳吸附pH为7～8(即弱碱性)。实验发现，经过处理后，含有抗生素溶液的废水其色度和抗生素含量都明显降低。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯加水并充分溶解制成氧化石墨烯水溶液；

(2)将二氧化钛纳米管加入步骤(1)制备的氧化石墨烯水溶液中并充分混合制成石墨烯-二氧化钛纳米管溶液；

(3)制备FeSO₄水溶液；

(4)向步骤(2)制备的石墨烯-二氧化钛纳米管溶液中加入步骤(3)制备的FeSO₄水溶液并混合均匀后制成混合液；

(5)将步骤(4)制备的混合液水浴环境下自组装制得石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶。

步骤(1)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1～5mg/mL；优选为2～3mg/mL；进一步优选为2.5mg/mL。

步骤(2)中所述石墨烯-二氧化钛纳米管溶液中二氧化钛的浓度为0.5～3mg/mL；优选为：1～2mg/mL；进一步优选为：1mg/mL。

步骤(3)中所述FeSO₄水溶液的浓度为100～200g/L，优选为140g/L；pH为2～5，优选pH为3。

步骤(4)中所述石墨烯-二氧化钛纳米管溶液和FeSO₄水溶液的体积比为10～25:1；优选为：16:1。

步骤(5)中所述水浴环境的温度为80～90℃，加热时间为7～20h。

步骤(1)中所述充分溶解的方法为超声处理40～60小时；优选为48小时；步骤(2)中所述充分混合的方法为超声处理20～40小时；优选为24小时。

采用上述制备方法得到的石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶。

上述的石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶在处理抗生素废水中的应用。

上述应用为将所述的石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶投入抗生素废水中，所述抗生素废水的浓度为50～1000mg/L；优选为50～600mg/L。

本发明所述的石墨烯-二氧化钛纳米管水凝胶制备方法是通过利用水热合成法将二氧化钛纳米管固定在氧化石墨烯上。在水热合成条件下，形成的水凝胶具有多孔孔道、高比表面积以及光催化性能。

该制备方法优选技术方案的详细步骤为：

(1)将氧化石墨烯加入蒸馏水中，配制成2～3mg/mL的氧化石墨烯水溶液，将该水溶液放入超声处理40～60小时使其充分溶解；