[发明专利]一种硫掺杂石墨烯气凝胶的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种硫掺杂石墨烯气凝胶的制备方法及其应用，特别适用于深度处理含有络合态重金属离子的废水。

背景技术

重金属是废水中处理的一大难题，多种行业所产生的废水均含有重金属离子，如电镀、电子、石化、冶炼、有色金属加工等。在重金属废水处理中，重金属离子表现为两种形态，一种游离态，一种络合态。游离态的重金属离子可以通过加入氢氧化钠或者硫化钠与其反应生成沉淀物，从废水中彻底去除。而对于络合态的重金属离子，特别是与氨基或者巯基络合的重金属离子采用上述方法无法从废水中有效地去除。络合态重金属离子的深度处理是重金属废水治理的一个发展趋势。

随着越来越多的企业和地区要求执行GB21900-2008《电镀污染物排放标准》中表三标准，这项标准对重金属有着更高的要求。比如对于Ni要求低于0.1mg/L，对于Cd要求低于0.01mg/L。这类重金属的指标已经远低于加入药剂去除重金属的极限了。对于络合态的Ni，有的时候加入化学药剂都无法使得Ni低于0.5mg/L。

对于极低重金属浓度，通常需要加入过量数倍，甚至数十倍的药剂以确保反应的正向进行。即要保证极低浓度的重金属离子，能够在废水中与去除剂进行碰撞反应。基于这一原理，对于重金属的去除固定床的方式往往会比加药剂到废水中反应更有效。同时也不会造成药剂过量太多在废水中引入新的污染物的问题。另一项可以改进的方式就是提高材料的比表面积，在同样的体积内，载体的表面积越大，所接枝的官能团越多，对于重金属的吸附能力越强。

本发明利用石墨烯气凝胶的超大比表面积，并对石墨烯气凝胶的表面官能团进行改性，接枝具有螯合能力的硫化物，对重金属能产生螯合吸附作用，有效的提高重金属的络合能力，从而实现对重金属的深度的去除。相比传统的树脂材料，石墨烯气凝胶有着更大的比表面积，更高的机械强度，不会存在材料粉化的问题。该项技术对于重金属特别是络合重金属离子的去除有显著效果。

发明内容

针对现有技术中的诸多不足，本发明的目的在于提供一种硫掺杂石墨烯气凝胶的制备方法，其采用的技术方案如下：一种硫掺杂石墨烯气凝胶，其特征在于：

1.一种掺硫石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤

步骤a. 取1-20g的氧化石墨烯分散于1000ml去离子水中，超声4-24小时；

步骤b. 量取100-600ml醇溶液导入步骤a的氧化石墨烯溶液中，搅拌1-5小时；

步骤c. 待步骤b的混合液完全分散后，加入20-60ml硫溶液，并逐步加入30-80ml液碱溶液，搅拌0.5-5小时；

步骤d. 将步骤c所得的溶液转入反应釜，在50-150℃的条件下恒温继续反应2-8小时，待反应釜温度冷却至室温后，将溶液过滤后，滤饼用去离子水洗涤三遍，然后用醇洗涤一遍，得到掺硫石墨烯气凝胶。

所述的步骤b 和步骤d 中所述的醇溶液为无水乙醇或异丙醇。

所述的步骤c中所述的硫溶液为二硫化碳或二硫苏糖醇。

本发明的有益效果是：

本发明的掺硫石墨烯气凝胶具有比表面积大，总的接枝官能团数量多，采取固定床的形式对重金属离子进行吸附，重金属离子具有非常大的概率与官能团结合发生反应，从而实现对重金属离子的深度去除。吸附重金属的掺硫石墨烯气凝胶采用5%的盐酸溶液反洗，并采用8%的氢氧化钠溶液进行再生，再生后的废水以重金属的氯化物为主，采用氢氧化钠即可将再生废液中的重金属去除，可以直接回到调节池进行处理，无需当作危险废物委外处理。

该处理方法制备的掺硫石墨烯气凝胶比表面积大，对络合重金属离子深度吸附去除能力强，总的重金属吸附容量大。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖范围之内。

实施例1：

络合镍和络合铜废水，原工艺采用硫酸亚铁+硫化钠处理，水量500吨/天，原出水镍0.53mg/L，铜0.36mg/L，采用石墨烯气凝胶处理后，水量500吨/天，现出水镍0.03mg/L，出水铜未检出。

实施例2：

化学镀镍清洗水，原工艺采用重金属捕集剂处理，水量20吨/天，原出水镍0.3mg/L，采用石墨烯气凝胶处理后，水量20吨/天，现出水镍0.02mg/L。

实施例3：