[发明专利]富杂原子官能化氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种富杂原子官能化氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料由富含硫/氮的有机分子2‑氨基‑1,3,4‑噻二唑与氧化石墨烯进行有效地共价偶联，获得的一种结构稳定、选择性好的富杂原子官能化石墨烯复合材料，所述复合材料引入了杂原子官能团，具备丰富的吸附活性位点，能够与重金属离子配位螯合，实现重金属的吸附，且具有良好的重复利用性能。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种富杂原子官能化氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

水中污染物包括金属离子，染料，药物，农药，有机化合物和其他有害化合物。由于这些物质不可生物降解，它们会聚集在活的有机体器官中，诱发癌症等危险疾病。工业和饮用水中常见的重金属离子，包括砷(As)、镉(Cd)，铬(Cr)，铜(Cu)，汞(Hg)，铅(Pb)，镍(Ni)，硒(Se)和锌(Zn)。地表水和地下水中重金属的高含量主要有自然和人为两种来源。自然来源可能来自火山爆发和岩石风化，而人为来源可能来自制革、化肥、电镀、电池、木材防腐剂和油漆工业排放的未经精炼的废水。据世界卫生组织(WTO)称，长期摄入被重金属污染的水可能会导致肺部、膀胱、肾脏和皮肤受损及引发癌症。因此，在环境污染引起的水中金属离子含量日趋严重超标的情况下，有效降低水中金属离子的含量对保障我国公民的用水健康和生态可持续发展有着重大意义。

现有技术中，对水中金属离子进行分离和富集，包括光催化法、化学氧化法、生物降解法、膜分离法和吸附法等等。其中吸附法因其操作简便、成本低、易于回收、环保高效等优点而受到广泛关注，吸附法的采用最重要的是选择吸附剂，开发具有高吸附性能的新型固体吸附剂来处理水中金属离子，是当前能源科学和材料化学等领域的国际前沿和热点。吸附发生在两相界面，吸附剂通过表面粘附使某一特定组分浓度增加来达到分离的效果。吸附是一种过程快速，廉价且广泛适用的技术，它具有通用性，可用于去除可溶性和不溶性污染物和生物污染物，去除效率可达90-99％。固体吸附剂因其比表面积大、吸附力强、耐磨强度高、易回收等特性近年来受到了广大科研工作者的关注，目前用于吸附分离废水中金属离子的固体吸附剂主要包括沸石、MOFs材料、黏土、碳纳米管、壳聚糖，二氧化钛、β-环糊精、介孔氧化硅、碳材料等。

目前研究者们在水处理中致力于物质的高效富集、选择性分离以及材料的重复性利用，并且较多通过简单的水热自组装方法合成了三维复合材料，但是水热物理组装的三维材料疏松多孔，选择性小，且易脱落，在吸附分离过程中也存在操作复杂，分离效果不佳，吸附能力较低的缺点。所以，现如今探索出一种结构稳定、选择性分离性能好、吸附能力好的吸附剂迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题问题，本发明以具有高比表面积的石墨烯为基体材料，经氧化后采用富杂原子的2-氨基-1,3,4-噻二唑进行改性处理，获得一种结构稳定、选择性好、吸附能力强、分离性能好的复合材料，以实现水溶液中金属离子污染物的有效吸附分离。

本发明提供了一种富杂原子官能团氧化石墨烯复合材料，所述复合材料由2-氨基-1,3,4-噻二唑和氧化石墨烯在催化剂作用下发生酰胺化反应获得。

进一步的，所述氧化石墨烯是以鳞片石墨为原料，采用Hummers法氧化制备获得。

进一步的，所述2-氨基-1,3,4-噻二唑和氧化石墨烯的质量比为1:1-1:10。

进一步的，所述催化剂为O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯。

进一步的，所述所述催化剂与氧化石墨烯的质量比为1:5-1:20。

进一步的，所述所述酰胺化反应采用防潮回流装置，反应温度为130-180℃，反应时间为4-12h。

基于同一发明构思的，本发明还提供了上述富杂原子官能团氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括：