[发明专利]一种改性氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性氧化石墨烯复合材料、制备方法及应用。本发明采用四氧化三铁和壳聚糖对氧化石墨烯进行改性，制得磁性壳聚糖氧化石墨烯；然后将磁性壳聚糖氧化石墨烯与三亚乙基四胺，制得三亚乙基四胺官能化磁性壳聚糖氧化石墨烯复合物，最后将三亚乙基四胺官能化磁性壳聚糖氧化石墨烯与二硫化碳反应，制得最终的改性氧化石墨烯复合材料。该复合材料活性吸附位点数量多且种类丰富，对污水中金属离子和染料具有高效的吸附能力；对大肠杆菌和金黄葡萄球菌均有良好的抑制效果。本发明提供的改性氧化石墨烯复合材料的制备方法简单，条件温和，对水中的重金属和染料均具有高吸附容量和快速、高效的吸附性能，吸附后易于回收，可以循环使用。

技术领域

本发明涉及纳米材料及环境科学技术领域，涉及一种改性氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种抑菌型改性氧化石墨烯复合材料、制备方法及其在重金属离子吸附、染料吸附及抗菌中的应用。

背景技术

由于工业化和农业现代化的发展，世界范围内的水污染正在急剧升级。染料和重金属离子造成的污染被认为是严重的环境问题。染料和重金属离子在活细胞中的生物蓄积将由于其致癌性和高毒性进而对人类和动物器官的功能造成致命的损害。各种分离技术已用于从废水中去除污染物，包括离子交换，膜过滤，电化学法，吸附法，生物降解和凝聚等。在这些处理方法中，吸附法因其高效，易处理和低投资成本而被认为是最有吸引力的方法。除了有机和无机污染物外，被多种微生物污染的水还威胁着人类健康，因为多种细菌可以导致人类和动物的水传播疾病。因此，设计和合成有效的吸附剂以去除污染物并作为抗菌材料变得至关重要。

氧化石墨烯(GO)是一种廉价且无毒的柔性片状材料，包含各种含氧官能团，例如羧基，羟基和环氧基，在去除废水中的染料和重金属离子方面表现出更高的吸附能力。此外，由于氧化石墨烯基复合材料对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有良好的抗菌活性，因此也被用于开发高性能的抗菌材料。吸附剂表面上官能团的数量和种类决定了其吸附能力和效率。氧化石墨烯上的活性结合位点数量有限，不足以有效去除染料和重金属离子。因此，许多研究人员投入了大量精力来将氧化石墨烯与其他材料结合起来以改善其性能。

壳聚糖是一种在自然界广泛分布的大分子线性多糖，具有可生物降解，抗菌和环境友好的优势。壳聚糖也是一种超高容量的吸附剂，因为它含有大量的羟基和氨基，因此可以从受污染的水中去除染料和重金属。当复合材料为磁性材料时，可以很容易地通过外部磁场将其从水溶液中分离出来而不受污染。磁性壳聚糖修饰的氧化石墨烯已用于去除废水中的污染物。但是其吸附能力和抗菌效果仍然很有限，需要通过对其进行改进从而提高氧化石墨烯的吸附能力和抗菌效果。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种同时具备吸附和抗菌功能的复合纳米材料，将二硫代氨基甲酸酯枝接到磁性壳聚糖修饰的氧化石墨烯上，不仅提高了氧化石墨烯的吸附性能，也增强了其抗菌效果。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种改性氧化石墨烯复合材料，通过以下方法制备：

(1)将Fe²⁺，Fe³⁺与蒸馏水混合，在碱性条件下反应，得四氧化三铁纳米粒子；

(2)将上述四氧化三铁纳米粒子与壳聚糖溶解于乙酸溶液(2％，v/v)中，加入氧化石墨烯，加入戊二醛，调节pH后反应，得磁性壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料；

(3)以二甲基亚砜和异丙醇为介质，加入步骤(2)的磁性壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料并滴加环氧氯丙烷，随后加入氢氧化钠溶液，室温下反应，盐酸调节pH，加入胺化物，然后在室温下搅拌反应，得三亚乙基四胺官能化的磁性壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料；

(4)以氢氧化钠和异丙醇为介质，加入步骤(3)的三亚乙基四胺官能化的磁性壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料，随后加入二硫化碳，室温下搅拌得二硫代氨基甲酸酯功能化磁性壳聚糖氧化石墨烯纳米复合材料。