[发明专利]聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备及应用

说明书

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备及应用。本发明制备方法制备的吸附材料，以金属离子(二价锰离子)与聚合物(聚乙烯醇)为协同交联剂，诱导氧化石墨烯自组装形成三维凝胶；减压干燥后，再将其浸渍于高锰酸钾溶液中，使二价锰离子原位转化为二氧化锰，再次干燥，即可制得PVA/GO/MnO₂。本发明基于金属离子/高聚物的协同诱发机制，合成方法简单高效。同时这种材料对锶离子表现出较好的吸附性能，且其具有易于分离的优点。本发明为核废水中放射性锶的去除提供了一种良好的吸附剂，具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备及应用。

背景技术

随着核技术在国民生产中的推广应用，核污染问题也日益突出。核原料²³⁵U和²³⁹Pu裂变时会产生多种裂变产物，其中⁹⁰Sr占有比较高的裂变产率(5.76％)。随着后处理过程，⁹⁰Sr等核素进入水体而产生大量高放射性废水。⁹⁰Sr具有较长的半衰期(28.9年)，释放至环境中会产生持久的危害，严重威胁人类的生命健康。国际原子能机构也将其列为高放射性核素之一。因此，锶的高效分离和严格控制，对保护环境具有十分重要的意义。

去除锶离子的传统方法主要包括：化学沉淀法，溶剂萃取法，离子交换法，吸附法，电化学处理法及生物法等。其中，吸附技术凭借去除效率高，操作成本低，工艺简单和选择性高等优点，受到了重点关注。金属氧化物，金属硫化物，碳基材料(碳纳米管和石墨烯)，层状双氢氧化物和金属有机骨架材料等用作除锶吸附剂，已见诸报道。在众多的吸附材料中，性能优异的石墨烯及其衍生物，成为环保领域的一个研究热点。(氧化)石墨烯呈二维片层结构，具有较大的比表面积，其表面含有丰富的含氧官能团，已广泛用于去除重金属离子和核素等的研究。然而，由于范德华力的存在，石墨烯片层容易发生团聚而降低活性。同时，石墨烯在水中的高度分散性，导致吸附后不易实现固液分离。这些缺点限制了石墨烯吸附剂的进一步应用研究。为解决这个难题，很多学者致力于开发以石墨烯为基质的三维凝胶吸附材料(即石墨烯气凝胶)。此类气凝胶是由氧化石墨烯自组装或同其他物质交联合成的具有分级结构的三维材料。该材料具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，低的密度和高的弹性等优点。特别是这种宏观块体形态彻底克服了二维石墨烯不易分离的缺点。上述优势使三维石墨烯凝胶作为吸附剂或吸附剂载体展现出了广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备及应用，针对核素等污染物，选用聚乙烯醇和锰离子作为交联剂，协同诱发石墨烯的组装，进而生成三维凝胶吸附剂，并将该吸附剂用于核废水处理。

本发明提出的聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制交联剂溶液：

将聚乙烯醇和四水合乙酸锰混溶于水中，混溶的质量百分比为：聚乙烯醇:四水合乙酸锰:水＝(0.01～0.04):(0.02～0.08):1，加热并保持水温50～100℃，持续搅拌3～10小时，得到交联剂溶液；

(2)配制高锰酸钾溶液：

用高锰酸钾固体粉末配制高锰酸钾溶液，使高锰酸钾溶液的质量百分比浓度为1wt％～wt4％；

(3)诱发交联：

在4～12mg/mL氧化石墨烯(GO)分散液(由购买的储备液稀释配制)中滴加交联剂，滴加比例为：交联剂:氧化石墨烯分散液＝(0.02～1):1，振荡以促进胶化，得到聚乙烯醇/氧化石墨烯/二价锰离子水凝胶；

(4)减压干燥：

使聚乙烯醇/氧化石墨烯/二价锰离子水凝胶在-80～-60℃下冷冻干燥12～48小时，得到聚乙烯醇/氧化石墨烯/二价锰离子干凝胶；