[发明专利]一种铜离子吸附剂及其制备方法和吸附方法

说明书

本发明属于水污染处理技术领域，涉及一种铜离子吸附剂及其制备方法和吸附方法，所述铜离子吸附剂为基于植酸修饰的三维石墨烯粉末。本发明所述吸附方法采用基于植酸修饰的三维石墨烯粉末吸附水中铜离子，三维石墨烯可以显著提高原二维石墨烯片层的稳定性，增加其比表面积，提供更多的吸附位点，并且粉末形态可实现均相吸附，使吸附容量最大化。同时，基于植酸分子较强的阳离子螯合能力及其含磷官能团的亲水性，采用植酸对三维石墨烯进行修饰可进一步提高其对水中铜离子的亲和力。本发明提供了一种简便、快捷、经济、高效实用的水中铜离子吸附方法，以期为水中重金属离子的治理提供新的思路。

技术领域

本发明属于水污染处理技术领域，涉及一种基于植酸修饰的三维石墨烯粉末铜离子吸附剂及其制备方法和吸附方法。

背景技术

随着工业化的不断发展，大量铜离子(Cu²⁺)随电镀、皮革和印染等工业废水排入环境水体中，导致水体中Cu²⁺含量大大增加。水中的Cu²⁺污染具有生物富集、持续毒性和不可降解等特性，人体摄入后，对细胞生长、造血及酶活产生影响，如使血红蛋白变性，对呼吸、肝脏、神经系统造成损伤等，过量摄入可导致死亡。同时，过量Cu²⁺摄入可使植物根系皮层铜积累，抑制根系吸收养分，导致农作物病害；当水中Cu²⁺浓度达到0.1mg·L^-1时，水中好氧微生物的生化耗氧过程受到抑制，进而影响水体的自净功能。因此，对环境水体中的Cu²⁺进行有效去除具有重要的环境意义。

吸附法是借助吸附材料的高比表面积或特定官能团的物理/化学吸附作用而去除体系中重金属离子的一类方法。该法弥补了传统物理、化学、生物治理方法，如离子交换、氧化还原、微生物修复等耗时长、成本高、可能造成二次污染等不足，并且所依赖的吸附材料来源广、易制备、操作简单灵活，并有望实现重复使用。因此，吸附法被认为是目前处理水体重金属污染最为经济、简便、有效的方法。

近年来，在传统吸附剂(如沸石、锰氧化物、粉煤灰等)的研究基础上，一系列新型吸附材料接连问世以达到更高效的吸附性能。其中，作为一种广受青睐的纳米材料，石墨烯，由于其比表面积大、表面官能团丰富、边界效应显著等特性，成为一种不可多得的吸附材料。然而，由于石墨烯固有的二维结构，使其片层之间因较强的π-π堆叠作用而发生团聚，减少了其表面的吸附活性位，进而导致吸附容量降低。

发明内容

本发明解决了水中Cu²⁺传统吸附方法吸附速率慢、吸附容量小、吸附剂昂贵等缺点，提供了一种简便、快捷、经济、高效实用的水中Cu²⁺吸附方法。

本发明的技术方案：

一种铜离子吸附剂，所述铜离子吸附剂为基于植酸修饰的三维石墨烯粉末。

一种铜离子吸附剂制备方法，将氧化石墨烯稀释液加入植酸溶液中混合；并转移至聚四氟乙烯水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，待反应釜冷却至室温，将混合液中的固体颗粒分离出来在高纯水中浸泡；固体颗粒水洗后在摇床中充分震荡；固体颗粒干燥后得到植酸修饰的三维石墨烯粉末。

进一步的，聚四氟乙烯水热反应釜中的反应温度为130～170℃，反应温度为1～4h。

进一步的，所述氧化石墨烯稀释液的浓度为0.16～5.4mg/mL。

进一步的，所述氧化石墨烯稀释液与植酸溶液的体积比为30～50:0.2～0.8；所述植酸溶液的浓度为70％。

进一步的，采用滤纸将反应釜中的固体颗粒分离出来后，在高纯水中浸泡40～50h。

进一步的，在高纯水中浸泡后水洗3～6次。

本发明还提供一种铜离子吸附方法，将上述铜离子吸附剂加入铜离子溶液中，置于恒温振荡器中反应并过滤。