[发明专利]三维二氧化锰与氧化石墨烯复合吸附剂的合成方法及应用

说明书

本发明公开了属于环境功能性材料及水处理技术领域的一种三维二氧化锰与氧化石墨烯复合吸附剂的合成方法及应用，具体说是二氧化锰与氧化石墨烯三维复合材料的制备及其在含铀(U(VI))和铕(Eu(III))水样处理中的应用。该复合吸附剂的合成是首先用高锰酸钾和氯化铵制备得到α‑晶体二氧化锰纳米线；然后在酸性条件下，α‑晶体二氧化锰纳米线与氧化石墨烯通过超声作用稳定结合，得到三维二氧化锰/氧化石墨烯复合吸附剂；将该复合吸附剂在含铀(U(VI))和铕(Eu(III))水样处理中应用，取得了吸附效率高、所需平衡时间短、快速平衡、耐性好、稳定性好的效果。本发明制备工艺简单，成本低，应用前途广。

技术领域

本发明属于环境功能性材料及水处理技术领域，具体涉及一种三维二氧化锰与氧化石墨烯复合吸附剂的合成方法及应用，具体说是二氧化锰与氧化石墨烯三维复合材料的制备及其在含铀(U(VI))和铕(Eu(III))水样处理中的应用。

背景技术

最重要的核燃料U(VI)半衰期长，具有潜在的毒性和辐射危害，在使用过的核燃料含量丰富。Eu(III)在激光材料和原子能工业中有着重要的应用。U(VI)和Eu(III)会产生电离辐射，损害生物细胞，影响细胞的正常分裂和再生，并进一步导致遗传信息的突变。U(VI)和Eu(III)以及它们的放射性副产物对生物和生态平衡构成了严重的潜在威胁。其处理和修复对环境安全和科学具有重要意义。据报道，吸附是去除放射性离子的一种有效而实用的技术。然而，到目前为止，各种报道和研究的吸附材料不能在恶劣条件下有效地去除污染，主要是由于在极端酸碱度下的不稳定性或竞争离子存在情况下缺乏对目标污染物的吸附选择性。因此，在吸附法处理废水中放射性离子的实际应用中，关键是选择合适的吸附剂，这些吸附剂在实际条件下要求制备简单、吸附效率高、稳定性好、选择性好。

氧化石墨烯因其高化学活性、可调节性及其与石墨烯的相关性，在密集的多学科领域蓬勃发展。与其他材料相比，其较高的比表面积和丰富的官能团(如C-OH,C＝O,C-O和O-C＝O)使其在放射性废水的实际处理中极具竞争力。然而，氧化石墨烯的构成元素都是轻元素，即碳、氢和氧，这使得氧化石墨烯很难分离。此外，有效的吸附行为会受到氧化石墨烯堆积趋势引起的表面积减小以及氧化石墨烯横向尺寸不可逆团聚体和/或多分散体的阻碍。重要的是，氧化石墨烯相对昂贵，不能以低成本大规模使用。因此，下一步的研究重点应该放在装饰氧化石墨烯上，以改善氧化石墨烯的缺点，进一步优化氧化石墨烯的性能，提高氧化石墨烯的性价比，使氧化石墨烯在实际中得到应用。

二氧化锰是一种价格低廉、性价比高、比表面积高、氧化性能温和的耐用稳定材料。它对重金属离子具有良好的吸附性能。我们以前研究报道了一种具有完美晶型和形貌的α-晶体二氧化锰纳米线，其具有高稳定性和易分离性。氧化石墨烯与二氧化锰结合后，二者的优点被整合到一种新型复合材料中，既暴露出因缠绕而无法利用的内部二氧化锰，又有效防止了氧化石墨烯的堆积趋势，可以充分利用氧化石墨烯和二氧化锰的活性位点，发挥协同效应。

发明内容

本发明的目的是提出一种三维二氧化锰与氧化石墨烯复合吸附剂的合成方法及应用，其特征在于，所述三维二氧化锰与氧化石墨烯复合吸附剂的合成方法，包括如下步骤：

(1)按摩尔比为2：1-1：2的比例分别称取高锰酸钾和氯化铵；

(2)将称取的高锰酸钾和氯化铵分别分散到水中，各自磁力搅拌5-15min，得到两种澄清的水溶液；

(3)将得到的氯化铵水溶液转移到高锰酸钾水溶液中；再搅拌5-15min，得到高锰酸钾-氯化铵混合溶液；

(4)将高锰酸钾-氯化铵混合溶液倒入水热反应釜中，并在170-230℃的烘箱中保持12-36h，得到反应液；

(5)待反应完成后，将反应液离心分离，然后用超纯水洗涤离心分离得到的固体；

(6)将步骤(5)得到的固体干燥，得到α-晶体二氧化锰纳米线；