[发明专利]一种磁性石墨烯二氧化钛纳米复合废水处理剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效的新型废水处理剂的制备方法及其应用，具体地说是一种高分散的一种磁性石墨烯二氧化钛纳米复合废水处理剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着我国经济的高速发展，水污染问题日益突出，水体污染在加剧了水资源短缺的同时，给环境保护带来了严峻的考验。水体污染物来源较广，除了冶炼、电池、电镀以及金属加工等行业排放的Pb²⁺、Cd²⁺和Cu²⁺等重金属离子外；造纸、印刷、纺织和皮革等行业排放的甲基紫(MV)、孔雀石绿(MG)、亚甲基蓝(MB)等有机污染物尤为严重，这些污染物在水中存在范围广、时间长、处理难度大。目前，水环境污染给人民群众的日常生活和身体健康造成严重威胁，改善用水条件，加强水体污染治理，已是刻不容缓。

污水处理方法主要有膜分离法、沉淀法、氧化还原法等，其中光催化降解法具有经济、环保、高效的特点，为水污染的治理提出一条全新的途径，得到了人们的广泛关注。二氧化钛作为一种无机半导体材料，因其无毒性、光催化活性高、稳定性好以及抗光腐蚀能力强等优点近年来已成为材料研究领域的明星材料，利用二氧化钛光催化技术来处理水污染，具有反应条件温和、操作方便、能耗低、不会造成二次污染的优点，可以作为改善环境能的行之有效的方法和手段（吴玉程等，功能材料信息，2011, 3: 15-19）。石墨烯是一种具有单原子层二维蜂窝状晶格结构的新型碳纳米材料，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、化学、物理学等学科领域的研究热点。石墨烯拥有许多新奇的特性，如：极高的电子迁移率、杨氏模量、热导率和比表面积(理论值2630 m²/g)等，这些特性使得石墨烯在众多领域有着广泛潜在的应用，其优良的稳定性和高比表面积，使其有望成为最优良的载体材料（乔玉林等，材料导报，2013, 27 (10) : 34-38），将石墨烯与二氧化钛复合，利用石墨烯提供的大比表面和电荷传输性能，可显著改善二氧化钛的光催化性能（周讯，合肥工业大学博士论文，2013）。纳米磁性材料由于物理长度处于纳米级别，因此表现出有别于常规磁性材料的理化特性（例如超顺磁，高吸附能力）在处理环境污水时具有可循环利用、处理效率高、运行成本低等优点，因此使得其在水处理领域有巨大的应用前景。国内外学者对纳米氧化铁的制备和在水处理中的应用作了大量研究。例如利用纳米磁性材料和传统絮凝剂联用可以增加絮凝剂的聚沉效果进而提高污水处理效率，且可通过外界磁场对磁性材料进行高效回收，进而实现资源的有效利用。Atia等（Separation Science and Technology, 2007, 42(2): 403-420）利用磁性Fe₃O₄作内核制备磁性树酯，所得树酯对Hg^2＋的吸附能力最高可达4.8mmol/g，且在外加磁场的作用下能被较易回收，表现了巨大的应用潜力；Guo等（Journal of Materials Chemistry, 2008, 18(4): 2733-2738 ）通过真空纳米浇注法利用双-[3- (三乙氧基硅)丙基]-四硫化物修饰Fe₃O₄得到中空的纳米微粒，该微粒对Hg^2＋有较强的选择吸附性，在处理重金属污染水体方面有较大的应用潜力。