[发明专利]一种选择性去除Cr(VI)的吸附剂及其制备方法与应用

说明书

发明提供一种选择性去除Cr(VI)的吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法包括步骤：将氧化石墨烯水分散液、硫脲和3‑氨丙基三甲氧基硅烷充分混合均匀，然后进行低温反应；经分离固体、洗涤、冷冻干燥，得到吸附剂。本发明通过硫脲和3‑氨丙基三甲氧基硅烷为主要改性剂，采用一步法低温反应实现了对氧化石墨烯的化学改性，并控制反应的条件，合成具有相对较高比表面积的氨基功能化石墨烯纳米复合材料，作为吸附铬的吸附剂；且通过硫脲和硅烷分子的引入，避免了氧化石墨烯低温处理过程中的自堆积。本发明制备过程简单，绿色环保；所得吸附剂可以选择性去除水体中的Cr(VI)，对Cr(VI)吸附容量高，具有良好的吸附效果。

技术领域

本发明属于重金属的吸附分离技术领域，具体涉及一种选择性去除Cr(VI)的吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

纵观人类社会不可阻挡的发展势头，特别是工业化进程的不断推进，大量有害污染物排放到周围环境中，如重金属离子、有机废物、无机污染物、药用毒物等。重金属离子一般指原子质量在63.5～200.6之间，相对密度大于5.0的原子。这些有毒离子难以生物降解，由于生物富集，可在人体中成倍增长，干扰人体正常的生理功能。铬(Cr，原子序数52)，特别是来自电镀、纺织、皮革制革、颜料制造、采矿和冶炼的铬(VI)，被认为是国际公认的致癌物质，可引起一系列严重的生理反应，包括头痛、恶心、腹泻、呕吐、皮肤和呼吸系统损伤。而Cr(III)则被认为是铬的另一种形式，是一种促进人体生长发育的微量元素。因此，需要寻找一种合适有效的方法来去除Cr(VI)或将毒性较大的Cr(VI)转化为毒性较低的Cr(III)。

到目前为止，开创性的工作报道了膜过滤、离子交换、化学沉淀、电化学处理等多种净化技术。而吸附法因其操作简单、适用性广，在各种去除方法中脱颖而出。氧化石墨烯(GO)因具有独特的比表面积优势、精细的二维结构和丰富的表面官能团，作为独特而杰出的吸附剂，已被研究用于富集和分离水中的有毒Cr(VI)。然而，氧化石墨烯二维π共轭结构和大量含氧基团导致氧化石墨烯自堆积和过度负电性，进一步限制了氧化石墨烯在污染物处理中的实际应用。另一个值得考虑的问题是，氧化石墨烯水化壳的形成会覆盖氧化石墨烯的活性位点，这将严重影响氧化石墨烯发挥其去除水中污染物的最大作用。

解决上述问题的一个可行有效的策略是对氧化石墨烯进行化学改性，其中氨基功能化是应用最广泛的改性方法；氨基功能化氧化石墨烯可以通过静电作用、还原作用和氢键作用等机制增强Cr(VI)的吸附能力。如中国专利文献CN108380177A公开了一种磁性改性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，利用氧化剂代替传统的Hummers法合成氧化石墨烯，硫脲对其巯基化得到巯基氧化石墨烯，L-半胱氨酸与其共聚反应，最后通过化学共沉淀法合成磁性改性氧化石墨烯水凝胶。制备的改性磁性氧化石墨烯水凝胶具有良好的分离再生性能及对重金属离子的吸附性能，实现了多种重金属离子的同步吸附，以及吸附材料与废水的快速分离。但该发明制备步骤繁琐，所得水凝胶对Cr(VI)的吸附性能欠佳；且该发明采用二氯甲烷为溶剂，制备过程中用到间氯过氧苯甲酸、氢溴酸等，对环境不甚友好。

现有氨基功能化石墨烯制备方法多为多步反应，制备步骤繁琐；所用原料涉及有机溶剂等有毒试剂，不利于环保；所得材料中石墨烯出现自堆积现象；且诸多改性氧化石墨烯材料对Cr(VI)的吸附性能不佳，在多种金属离子共存的条件下，难以实现Cr(VI)的有效分离。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种选择性去除Cr(VI)的吸附剂及其制备方法与应用。本发明通过硫脲和3-氨丙基三甲氧基硅烷为主要改性剂，采用一步法低温反应实现了对氧化石墨烯的化学改性，并控制反应的条件，合成具有相对较高比表面积的氨基功能化石墨烯纳米复合材料，作为吸附铬的吸附剂；且通过硫脲和硅烷分子的引入，避免了氧化石墨烯低温处理过程中的自堆积。本发明制备过程简单，绿色环保；所得吸附剂可以选择性去除水体中的Cr(VI)，对Cr(VI)吸附容量高，具有良好的吸附效果。

本发明的技术方案如下：