[发明专利]一种氧化石墨烯型吸附材料及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯型吸附材料及其制备方法及应用，利用水溶液聚合作用，通过丙烯酸将聚乙烯醇与腐植酸和氧化石墨烯交联形成多孔结构水凝胶材料，在添加引发剂和交联剂的情况下，无需氮气环境，就能快速聚合得到吸附材料；利用聚乙烯醇、腐植酸和丙烯酸结构中存在的羧基、羟基等活性基团，以及氧化石墨烯结构中存在的羟基基团，在与有机染料或金属离子接触后，将以氢键、静电引力和螯合作用结合，可以高效去除有机染料和金属离子污染物；本发明的氧化石墨烯型吸附材料为多孔结构，具有较大的比表面积，并且可循环使用，绿色环保，合成工艺简单，反应条件要求低，可操作性强。

技术领域

本发明属于材料制备和环境科学技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯型吸附材料及其制备方法及应用。

背景技术

氧化石墨烯是一种由石墨烯氧化剥离得到的单层状结构碳材料，其含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，反应活性更高，更易于和其他原料反应，同时，其巨大的比表面积使得其可以提供充足的反应场所，这也就使得其更容易与染料和金属离子发生反应。传统吸附材料吸附容量和去除率低，选择性差，大多不能重复使用，达不到实际生产对有机染料和金属离子去除的要求。并且传统吸附材料的合成原料毒性大，合成方法复杂，合成工艺技术要求和成本高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧化石墨烯型吸附材料及其制备方法及应用，氧化石墨烯型吸附材料的吸附容量和去除率高，对有机染料和金属离子处理具有显著的去除效果，并且制备方法工艺简单，原料易得，成本低，可满足实际生产的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氧化石墨烯型吸附材料，通过原料、单体、交联剂和引发剂的水溶液聚合而成，所述原料包括聚乙烯醇、腐植酸盐和氧化石墨烯，所述单体为丙烯酸。

进一步的，所述聚乙烯醇、腐植酸盐、氧化石墨烯和丙烯酸的质量比为(0.6-2)：(0.01-0.15)：(0.03-0.1)：(2-6)，腐植酸盐为腐植酸钠或腐植酸钾。

本发明还提供一种氧化石墨烯型吸附材料的制备方法，具体步骤如下：

S1将聚乙烯醇溶液、腐植酸盐溶液、氧化石墨烯水分散液在加热条件下搅拌混合均匀，得到体系A；

S2将交联剂溶液加入丙烯酸溶液中，得到体系B；

S3将体系B和引发剂溶液滴入体系A中，滴加完毕进行第一次搅拌，第一次搅拌结束后升温进行第二次搅拌，得到第一前驱体；

S4对第一前驱体进行多次冷冻-解冻操作，冻干，得到氧化石墨型吸附材料。

进一步的，步骤S1中，所述加热的温度为50℃-60℃，搅拌的转速为100r/min-140r/min。

进一步的，步骤S2中，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，所述丙烯酸溶液的中和度为20％-60％。

进一步的，步骤S3中，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；体系B的滴加速度为3滴/s-5滴/s，引发剂的滴加速度为2滴/s-4滴/s。

进一步的，步骤S3中，所述第一次搅拌的时间为20min-40min，转速为100r/min-140r/min；第二次搅拌的时间为2h-4h，转速为100r/min-150r/min，温度为70℃。

进一步的，所述冷冻-解冻处理时，每次冷冻的时间为6h-10h，解冻的时间为6h-10h，冷冻-解冻处理的次数为3-5次。

进一步的，所述复合型吸附材料在吸附污染物后在浓度为0.1mol/L-0.3mol/L的HNO₃溶液中浸泡，脱除吸附的污染物，回收氧化石墨烯吸附材料。

本发明还提供一种氧化石墨烯型吸附材料在去除有机染料和金属离子污染物方面的应用。