[发明专利]一种高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法包括步骤：将氧化石墨烯粉末分散于弱碱性缓冲溶液中，加入多巴胺，经反应得到含有聚多巴胺修饰氧化石墨烯的反应液；加入戊二醛水溶液和聚乙烯亚胺水溶液，经反应、离心、洗涤、干燥得到高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂。本发明通过改性分子的引入，提升了氧化石墨烯对Cr(VI)的吸附能力；本发明制备过程简单，绿色环保；所得吸附剂可以高效去除水体中的Cr(VI)，对Cr(VI)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，具体涉及一种高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类社会强劲的发展势头，尤其是工业化进程的迅猛发展，愈来愈多的重金属离子被释放至水体中，导致水环境污染。这些重金属离子会对人体和环境造成无法逆转的损害，严重威胁人体健康、破坏生态环境。铬是污染水体中最具毒性的一种重金属，其来源于人为活动如电镀、纺织、冶金、制革、染料制造等行业废水的排放。一般说来，污染水体中的铬具有Cr(VI)和Cr(III)两种形态，六价铬作为铬的一种主要形式具有剧毒性，可引起一系列严重的生理反应，包括腹泻、呕吐、头痛、恶心、皮肤和呼吸系统损伤。而Cr(III)是人和动植物所必需的一种微量元素，其毒性比六价铬低100倍。可见，去除Cr(VI)或将毒性较大的Cr(VI)转化为毒性较低的Cr(III)是治理水体污染的必然趋势。

迄今为止，诸多废水处理技术如膜过滤、离子交换、化学沉淀、电化学处理等逐一被报道。吸附工艺由于成本低、操作简单、适用性广、吸附效果好等优势而成为不可或缺的水处理技术。吸附材料，尤其是具有高比表面积、高含氧官能团和易于功能化的氧化石墨烯在吸附六价铬方面的应用愈加广泛。因氧化石墨烯具有丰富的含氧基团(羟基、羧基、环氧基)使得其具有高度亲水性，从而为其在水环境处理中的使用奠定基础。可是，氧化石墨烯易发生自堆积并带有过度负电性，且活性位点易被覆盖，这些原因使得氧化石墨烯对Cr(VI)阴离子具有较差的吸附能力。于是，研究者意对氧化石墨烯进行改性或功能化修饰，将带有特定基团的物质引入氧化石墨烯以改善上述问题并提升氧化石墨烯对Cr(VI)的吸附效果。

现有功能化石墨烯制备方法多步骤繁琐，且需一定温度；反应中可能涉及有毒试剂，且诸多改性氧化石墨烯材料对重金属离子的吸附性能欠佳。如中国专利文献CN108786734A公开了一种磁性氧化石墨烯/聚乙烯亚胺吸附剂及其制备方法和应用。将磁性的L-多巴修饰的四氧化三铁纳米粒子键合于聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯上，得到磁性氧化石墨烯/聚乙烯亚胺吸附剂材料。该吸附剂材料具有吸附位点多，且在外加磁场作用下可实现与废水快速分离的优点；但制备步骤较为繁琐，所得吸附剂的吸附性能欠佳。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂及其制备方法与应用。本发明通过多巴胺和聚乙烯亚胺为主要改性剂，采用二次修饰的方法实现了对氧化石墨烯的化学改性，合成具有相对较高氨基密度的功能化石墨烯纳米复合材料，作为吸附铬的吸附剂；且通过改性分子的引入，提升了氧化石墨烯对Cr(VI)的吸附能力。本发明制备过程简单，绿色环保；所得吸附剂可以高效去除水体中的Cr(VI)，对Cr(VI)具有良好的吸附效果。

本发明的技术方案如下：

一种高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂，所述吸附剂是以多巴胺和聚乙烯亚胺为改性剂，通过二次修饰的方法合成的含有高氨基密度的功能化石墨烯纳米复合材料。

根据本发明，优选的，所述高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂的微观形貌为：具有粗糙表面的片层结构。

根据本发明，优选的，所述高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂的N含量为20-25wt％。

根据本发明，优选的，所述高密度氨基聚合物修饰氧化石墨烯吸附剂的比表面积为15-20m²/g。