一種吸附材料、制備方法及吸附水中弱酸性艷藍g的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種吸附材料、制備方法及吸附水中弱酸性艷藍G的方法。吸附材料，包括均勻混合的多層氧化石墨烯和綠礬，兩者的質量百分比為25.1-751：16.025-48.075。本發(fā)明的優(yōu)點為：1)所用的多層氧化石墨烯溶液通過水熱合成法而得，官能團多，棕黃色的溶液分散性良好，比表面積巨大，羥基、羧基和環(huán)氧官能團多，吸附容量大。2)所用的原料為可膨脹石墨，成本低廉，綠色環(huán)保、價格穩(wěn)定、總成本低。3)多層氧化石墨烯溶液的吸附作用配合綠礬的絮凝效果后，達到了快速凈化水中弱酸性艷藍G的目的，吸附效率比多層氧化石墨烯溶液吸附提高5倍以上，是碳納米管吸附效率的60倍以上，是水滑石吸附效率的40倍。
【專利說明】—種吸附材料、制備方法及吸附水中弱酸性艷藍G的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸附材料、制備方法及吸附水中弱酸性艷藍G的方法，屬于環(huán)境保護和水質凈化領域。
【背景技術】
[0002]化學工業(yè)的發(fā)展使得工業(yè)廢水在不斷地增加，染料廢水是主要的有害工業(yè)廢水之一。弱酸性艷藍G(360%)具有鮮艷的色光(屬于三芳甲烷類染料)，染色、印花常用染料之一。但該類染料長期接觸容易失明、致癌的后果，對水生生物有很大的毒性，在水環(huán)境中會造成長期不利的影響。目前，去除水中弱酸性艷藍G的方法主要有，吸附法、化學沉淀、離子交換法等。吸附以其簡單、方便、原料易得受到大家的親睞。尋找吸附快、綠色環(huán)保、價格穩(wěn)定、總使用成本低，清潔干爽的吸附材料成了開發(fā)新一代綠色環(huán)保吸附產(chǎn)品的關鍵。
[0003]迄今為止，常見的吸附染料的材料有粉煤灰、粘土、活性炭、水滑石、碳納米管等等。經(jīng)證實，碳納米管的吸附染料的效率最高可達88.5%，吸附量可達30mg/g ;而水滑石HT的最大吸附容量為55.4mg/g，去除率達到90%，吸附平衡時間12h。前者碳納米管造價高，且吸附后會造成二次污染；后者吸附容量雖大，但是吸附平衡時間過長。尋找吸附容量大，吸附速率快，價格低，吸附后污染的吸附劑是當務之急。
[0004]2004年，英國曼物理學家成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。此后發(fā)現(xiàn)其在電子運輸，導電，機械特性等方面表現(xiàn)出超高的性能。石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，氧化后的石墨烯表面具有大量的含氧官能團，這都預示著多層氧化石墨烯溶液的良好吸附性。該多層氧化石墨烯溶液材料的應用在很多領域，但染料污染處理方面未見報道?；谶@一現(xiàn)象，我們發(fā)明了一種高效的多層氧化石墨烯溶液烯吸附劑，具有綠色環(huán)保、高效、吸附速度快、吸附容量大的特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種吸附快、綠色環(huán)保、價格穩(wěn)定、總使用成本低，清潔干爽的吸附材料。
[0006]本發(fā)明的一種吸附材料，包括均勻混合的多層氧化石墨烯和綠礬，兩者的質量百分比為 25.1-751: 16.025-48.075。
[0007]優(yōu)選的是:多層氧化石墨烯溶液的制備方法為:
[0008]I)取0.6g膨脹石墨粉和3g高錳酸鉀，然后加入30ml濃硫酸，(TC放置1.5h ；
[0009]2)然后將溶液于100°C加熱，氧化石墨和高錳酸鉀發(fā)生氧化反應，2小時后，取出，冷卻；
[0010]3)產(chǎn)物導入水中攪拌稀釋，并加入雙氧水，使得多余的高錳酸鉀由紫色變?yōu)闊o色，發(fā)生還原反應，直至懸浮液變成金黃色，金黃色懸浮片為多層氧化石墨烯。
[0011]優(yōu)選的是:多層氧化石墨烯BET參數(shù)為200-400m2/g，橫向尺寸1-10μπι，厚度為l-5nm。
[0012]本發(fā)明還提供了一種制備上述吸附材料的方法，其步驟為:將質量為0.0251?0.751g的綠礬溶于水，形成水溶液，將質量分數(shù)為3.205g/L的多層氧化石墨烯5_15ml加入溶液中，用超聲振蕩40?50min混合均勻，形成懸浮液。
[0013]本發(fā)明利用上述吸附材料吸附水中弱酸性艷藍G的方法，其步驟為:
[0014]I)準備染料弱酸性艷藍G的溶液，濃度為50?325mg/L ；
[0015]2)將吸附材料加入上述溶液中，水浴震蕩20min_10h ；
[0016]3)反應結束后，取混合液體離心，離心后取上清液過0.22nm濾膜后測吸光度，于紫外可見光分光光度計584nm下；據(jù)工作曲線計算得吸附后濃度、去除率、吸附量。
[0017]優(yōu)選的是:所述的離心條件為4000r/min下離心10_60min。
[0018]優(yōu)選的是:所述的水浴振蕩溫度為25°C，轉速為50r/min。
[0019]優(yōu)選的是:所述的水浴震蕩時間為180min。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0021]I)所用的多層氧化石墨烯溶液通過水熱合成法而得，官能團多，棕黃色的溶液分散性良好，比表面積巨大，羥基、羧基和環(huán)氧官能團多，吸附容量大。
[0022]2)所用的原料為可膨脹石墨，成本低廉，綠色環(huán)保、價格穩(wěn)定、總成本低、清潔干爽。
[0023]3)多層氧化石墨烯溶液的吸附作用配合綠礬的絮凝效果后，達到了快速凈化水中弱酸性艷藍G的目的，吸附效率比多層氧化石墨烯溶液吸附提高5倍以上，是碳納米管吸附效率的60倍以上，是水滑石吸附效率的40倍。
[0024]4)方法綠色環(huán)保、價格穩(wěn)定、總使用成本低，吸附過程操作簡便，多弱酸性艷藍G的吸附速率快、去除率高、吸附量大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為多層氧化石墨烯的XRD衍射譜圖；
[0026]圖2為多層氧化石墨烯的XPS分峰圖；
[0027]圖3為水浴震蕩時間變化對多層氧化石墨烯/FeS04體系吸附性能的影響曲線；
[0028]圖4 為 25°C下 Freundlich 和 Langmuir 的等溫線；
[0029]圖5-6為基于氧化石墨烯構建的吸附材料的SEM圖片；
[0030]圖7-8為吸附實驗結束后干燥沉淀物的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0031]對比例1:
[0032]I)多層氧化石墨烯溶液的制備:將釜膽置于釜殼中，稱取0.6g氧化石墨和3g高錳酸鉀，然后量取30ml濃硫酸立即放入釜膽中。反應釜0°C放置1.5h，取出，冷卻。然后于烘箱中100°C中反應2小時，取出，冷卻。開釜，產(chǎn)物導入水中攪拌稀釋，并加入雙氧水直至變成金黃色。收集溶液，測其濃度。將溶液干燥后，進行XRD衍射，譜圖見圖1。從圖1中可以看出，主峰8.9°表示氧化石墨烯；26.9°處的峰表明，仍然存在一小部分的膨脹性石墨，這表明大部分的可膨脹石墨已成功被氧化成氧化石墨烯。[0033]圖2為多層氧化石墨烯的XPS分峰圖，電子結合能的不同區(qū)分不同的官能團，再經(jīng)過XPS分峰軟件得到該圖。從圖2中可以看出，主要的官能團類型有，C = C(284.6ev)，C-C (284.7ev)，C-OH (285.7ev)，C-O-C (285.93ev) ,O = C = 0(288.9ev)，C = 0(287.4ev)。由于氧的存在下，含氧官能團會導致Cls峰移位。此外，從圖中還可以看到，有一個強峰附近286.93ev，表明有大量的C-O-C官能團，同時還有一個小的C = O和C-OH吸收峰存在。
[0034]2)移取5ml質量濃度為3.205g/l的多層氧化石墨烯溶液超聲40?50min。將多層氧化石墨烯溶液的分散液與IOOml濃度為100mg/l弱酸性艷藍G混合，水浴震蕩20min、25°C、50r/min。然后繼續(xù)水浴震蕩Ih,離心10min、4000r/min,取上清液過0.22nm濾膜,測量吸光度。
[0035]經(jīng)計算得去除率37.7%，吸附量235.32mg/g。離心后的上清液比原濃度溶液變淺，溶液與染料溶液溶為一體，離心管中有墨綠色的沉淀，為吸附有弱酸性艷藍G的多層氧化石墨烯沉淀。
[0036]對比例2:本實施例中的多層氧化石墨烯溶液制備過程和步驟與對比例I中完全相同。
[0037]將IOOml濃度為100mg/l弱酸性艷藍G水浴震蕩20min、25°C、50r/min。然后加入0.250g綠礬繼續(xù)水浴震蕩lh，離心10min、4000r/min，取上清液過0.22nm濾膜，測量吸
光度。觀察離心后的溶液顏色與原濃度溶液顏色無區(qū)別，經(jīng)測量吸光度無吸附。
[0038]實施例1:本實施例中的多層氧化石墨烯溶液制備過程和步驟與對比例I和對比例2中完全相同。
[0039]吸附劑的制備:將質量為0.250g的綠礬溶于水，形成水溶液，將質量分數(shù)為
3.205g/L的多層氧化石墨烯5ml加入溶液中，超聲40?50min,混合均勻，形成懸浮液。
[0040]對弱酸性艷藍G的吸附:將吸附劑的懸浮液與IOOml濃度為100mg/l弱酸性艷藍G混合,水浴震蕩20min、25°C、50r/min。然后離心10min、4000r/min,取上清液過0.22nm濾
膜，測量吸光度。
[0041]經(jīng)計算得去除率81.05%，吸附量505.76mg/g，溶液分為上下兩層。
[0042]分析其原因為:
[0043]DFeSO4自由粒子進入溶液后著落在多層氧化石墨烯表面上，F(xiàn)eSO4F再自由，但卻因多層氧化石墨烯有了更大的比表面積，更好的發(fā)揮了聚沉作用；
[0044]2)多層氧化石墨烯含有大量的含氧官能團，能夠與有機染料進行反應，但是其反應后的吸附質沒有沉降力，F(xiàn)eSO4剛好補充了該作用。
[0045]實施例2:本實施例中的多層氧化石墨烯溶液和吸附劑的制備過程和步驟與實施例I中完全相同。不同的是:將吸附劑的懸浮液與IOOml濃度為250mg/l弱酸性艷藍G混合，25 °C、50r/min 條件下水浴震蕩 10min、30min、lh、1.5h、2.5h、3h、3.5h、4h、5h、6h、7h。然后離心10min、4000r/min，取上清液過0.22nm濾膜，測量吸光度。經(jīng)計算得最大去除率98.07%，吸附量1835mg/g。得到的結果見圖3。
[0046]從圖3中可以看出，弱酸性艷藍G的時間與平衡吸附能力符合動力學方程。隨著水浴震蕩時間的增加，飽和吸附量在逐漸增加。開始階段，染料與吸附劑之間濃度梯度大，吸附劑吸附能力前，飽和吸附量上升速度快，后期，濃度梯度變小飽和吸附量緩慢增加，并且趨于穩(wěn)定，達到最大飽和吸附量。所以，最佳吸附時間為180min。[0047]由圖3的數(shù)據(jù)，得到弱酸性艷藍G的動力學參數(shù)，數(shù)據(jù)示于表1。從相關系數(shù)(R2)，可以看出，G0/FeS04的吸附動力學，更符合晶間擴散模型。由于直線不通過原點(C = 0，0)的晶界擴散，這意味著該模型不僅速率控制步驟，也可由其他動力學控制。
[0048]表1氧化石墨烯協(xié)同硫酸亞鐵對弱酸性艷藍G吸附動力學
[0049]
【權利要求】
1.一種吸附材料，其特征在于: 包括均勻混合的多層氧化石墨烯和綠帆，兩者的質量百分比為25.1-751: 16.025-48.075。
2.如權利要求1所述的吸附材料，其特征在于:多層氧化石墨烯溶液的制備方法為 1)取0.6g氧化石墨和3g高錳酸鉀，加入30ml濃硫酸，(TC放置1.5h ； 2)然后將溶液于100°C加熱，氧化石墨和高錳酸鉀發(fā)生氧化反應，2小時后，取出，冷卻； 3)產(chǎn)物導入水中攪拌稀釋，加入雙氧水，使得多余的高錳酸鉀由紫色變?yōu)闊o色，發(fā)生還原反應，直至懸浮液變成金黃色。
3.如權利要求1所述的吸附材料，其特征在于:多層氧化石墨烯BET參數(shù)為200-400m2/g，橫向尺寸1-10 μ m,厚度為l-5nm。
4.一種制備如權利要求1所述的吸附材料的方法，其特征在于: 將質量為0.0251?0.751g的綠礬溶于水，形成水溶液，將質量分數(shù)為3.205g/L的多層氧化石墨烯5-15ml加入溶液中，混合均勻，形成懸浮液。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于: 將多層氧化石墨烯加入溶液后，還包括超聲振蕩的步驟，所述的超聲振蕩的時間為40 ?50mino
6.利用如權利要求1所述的吸附材料吸附水中弱酸性艷藍G的方法，其特征在于: 1)準備染料弱酸性艷藍G的溶液，濃度為50?325mg/L； 2)將吸附材料加入上述溶液中，水浴震蕩20min-10h； 3)反應結束后，取混合液體離心，離心后取上清液過0.22nm濾膜后測吸光度，于紫外可見光分光光度計584nm下；據(jù)工作曲線計算得吸附后濃度、去除率、吸附量。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于: 所述的離心條件為4000r/min下離心10_60min。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特征在于: 所述的水浴震蕩溫度為25°C，轉速為50r/min。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于: 所述的水浴震蕩時間為180min。
【文檔編號】C02F1/28GK103464096SQ201310367515
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權日:2013年8月22日
【發(fā)明者】陳希磊, 李梅, 焦傳梅, 錢翌 申請人:青島科技大學