[发明专利]一种石墨烯/二氧化硅‑聚吡咯复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及水污染控制技术领域，具体涉及一种石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业的不断发展，大量的工业废水排放到自然水体中，造成水资源的污染，不仅加剧了中国水资源短缺而且危害着生态环境和人类健康。而由于重金属的高毒性、不可降解性和蓄积性等特点，水体重金属污染得到了广泛的关注。全球每年产生大量的重金属废水，排放到环境中的重金属高达数百万吨。六价铬作为重金属的一种，广泛应用于电镀、冶炼、金属加工等行业。六价铬的过量摄入会引起皮炎和湿疹、支气管扩张，损坏呼吸系统、肾和肠胃系统，而长期的接触可致癌、致畸、致突变，因此铬已经被列为优先控制污染物之一。目前去除六价铬的方法主要包括絮凝法、吸附法、氧化还原法、离子交换法、反渗透和电渗析法等。相对于其它方法，吸附法因有操作简便、费用低、可回收重金属、吸附剂可再生等优势，成为具有发展潜力的去除六价铬的方法。目前研究的去除六价铬的吸附材料主要包括：生物炭、壳聚糖、粘土材料、农业废弃物等，但这些材料都存在吸附量低的缺点，不适合处理高浓度的含铬废水。聚吡咯作为一种有机物，其分子结构中含有大量的氨基，可用于吸附六价铬，而且有研究表明，聚吡咯可以将部分六价铬转化为三价铬，降低了六价铬的毒性。石墨烯作为一种新兴材料，具有巨大的比表面积，但纳米层之间的堆垛、团聚，使石墨烯失去大部分比表面积，从而限制了石墨烯作为吸附剂在水污染处理中的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于为废水中六价铬的去除提供一种经济、环保、易于制备的石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料。

本发明的目的之二在于提供上述石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料的制备方法，该方法工艺简单、易于操作、便于大规模生产应用。

本发明的目的之三在于提供石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料作为吸附剂在去除废水中六价铬离子的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨烯/二氧化硅复合材料加入水中进行超声处理，得石墨烯/二氧化硅溶液；

（2）将石墨烯/二氧化硅溶液转移至冰浴条件下，再加入吡咯，搅拌，得混合溶液；

（3）将过硫酸铵溶液加入步骤（2）所得的混合溶液中，冰浴条件下搅拌，再加入丙酮，得到黑色沉淀；

（4）将步骤（3）中得到的黑色沉淀抽滤、洗涤、干燥和研磨过筛，得到石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料。

优选的，步骤（1）所述石墨烯/二氧化硅溶液的浓度为0.4~1 g/L；所述超声处理的时间为1~4 h。

优选的，步骤（1）所述石墨烯/二氧化硅复合材料的制备方法包括以下步骤：将十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于0.8~1.6 g/L氧化石墨烯溶液中，得混合液；再将混合液超声处理2~4 h后，加入四乙氧基硅烷，30~40℃水浴条件下搅拌30~40 h后，离心洗涤并干燥，得到氧化石墨烯/二氧化硅固体；将氧化石墨烯/二氧化硅固体置于500~600 ℃通入氮气的管式炉中煅烧180~240 min，得到石墨烯/二氧化硅复合材料；所述的十六烷基三甲基溴化铵在混合液中的浓度为6~10 g/L，氢氧化钠在混合液中的浓度为0.6~0.8 g/L；所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与四乙氧基硅烷的质量比为1：18~1:26。

优选的，步骤（1）所述石墨烯/二氧化硅复合材料的质量为0.1 g。

优选的，步骤（2）所述吡咯的加入量为0.1~0.7 g。

优选的，步骤（2）所述搅拌的时间为1~3h。

优选的，所述冰浴条件下为4℃以下。

优选的，步骤（3）所述过硫酸铵溶液的浓度为0.1~0.3 g/mL。

优选的，步骤（3）所述搅拌的时间为8~14 h。

优选的，所述石墨烯/二氧化硅复合材料与吡咯的质量比为1:1~1:7。

优选的，所述吡咯与过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量比为1:10~1:15。

优选的，步骤（4）所述洗涤是先后用去离子水和丙酮洗涤，所述干燥的温度为50~80℃。

由以上所述的制备方法制得的一种石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料，该石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料包括石墨烯、二氧化硅和聚吡咯，其中，生成的二氧化硅插层与石墨烯层间，聚吡咯沉淀与石墨烯表面，其中部分聚吡咯生长在二氧化硅表面，生成二氧化硅-聚吡咯复合材料。

以上所述的一种石墨烯/二氧化硅-聚吡咯复合材料作为吸附剂应用于含六价铬废水的处理中。