一种石墨烯水凝胶的制备方法及其在废水处理中的应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯水凝胶的制备方法及其在废水处理中的应用，该制备方法包括将硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合，在100‑300℃下加热0.5～10h，即得。本发明专利技术利用含有丰富官能团的硫化银量子点作为还原剂和交联剂，将氧化石墨烯片层还原并成型为三维多孔的石墨烯水凝胶。本发明专利技术的石墨烯水凝胶能够快速大量地吸附废水中的有机染料，并且处理方法及所用设备简单、操作方便，具有很高的应用价值和商业价值。

Preparation of graphene hydrogel and its application in wastewater treatment

The present invention provides a preparation method of graphene hydrogel and its application in wastewater treatment. The preparation method includes mixing the raw solution of silver sulfide quantum dot with graphene oxide and heating it for 0.5-10 h at 100_300 C. The silver sulfide quantum dots with rich functional groups are used as reductants and crosslinkers to reduce graphene oxide lamellae and form a three-dimensional porous graphene hydrogel. The graphene hydrogel of the invention can adsorb organic dyes in wastewater rapidly and massively, and the treatment method and the equipment used are simple and the operation is convenient, thus having high application value and commercial value.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯水凝胶的制备方法及其在废水处理中的应用
本专利技术涉及含有有机染料的废水处理领域，具体地说，涉及一种石墨烯水凝胶的制备方法及其在废水处理中的应用。
技术介绍
社会的不断发展，推动了化学工业的发展，但在发展过程中工业废水也在不断地增加。有机染料废水是主要的有害工业废水之一，主要来源于染料及染料中间体生成行业。有机染料主要是指有机芳香族化合物苯环上的氢被卤素、硝基、胺基取代后生成的芳香族卤化物、芳香族硝基化合物、芳香族胺类化合物、联苯等多苯环取代化合物，生物毒性较大，有的还是“三致”物质。如何有效的处理有机染料是人们研究的重点，目前的主要手段包括溶液萃取、吸附、反渗透、化学氧化、光催化、生物降解等。石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学的Novoselov等报道后，其优异的导电、导热和力学性能立即引起了国内外研究人员的广泛关注。石墨烯的大规模制备是开展石墨烯应用研究的前提。目前，石墨烯的制备方法包括:微机械剥离、外延生长、化学气相沉积、超临界流体剥离、化学氧化还原法。其中，化学氧化还原法是目前使用最广泛的一种大规模制备石墨烯的方法。该方法主要包括两个部分:(1)石墨的插层和氧化；(2)氧化石墨的剥离与还原。水凝胶是一类集吸水、保水、缓释于一体的具有三维空间网络结构的功能高分子材料，由于其良好的生物相容性而被广泛应用于医药和生物工程等领域。将水凝胶与二维的石墨烯纳米片相结合可以制备出电化学性能和力学性能优良的石墨烯基水凝胶，拓展了其在各方面的应用。其中，石墨烯水凝胶因具有较大的比表面积及多孔的结构特点，用其作为吸附剂去除水中的污染物是研究的一个趋势。专利
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种石墨烯水凝胶的制备方法，该制备方法包括如下步骤：将硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合，在100-300℃下加热0.5～10h，即得。在本专利技术一个优选实施方式中，所述加热的温度为120-180℃，加热的时间为0.5-2h。在该温度时间内可以保证最终得到的石水凝胶呈三维结构且具有较高的吸收效率。其中，在本专利技术中，可以将混合体系转移至反应釜中，置于上述温度的烘箱中反应。在本专利技术一个优选实施方式中，所述硫化银量子点原液与氧化石墨烯的体积质量比为1mL:(0.1-10)mg；优选为1mL:(0.5-3.5)mg，更优选为1mL:1mg。在本专利技术一个优选实施方式中，可以使用超声将所述硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合。所述超声的功率优选为50-500W，时间优选为0.1-10h；进一步优选地是，功率为100-220W，时间为0.3-1.8h；更优选地是，功率为150W，时间为0.5h。在本专利技术一个优选实施方式中，该制备方法还包括在加热前，将混合溶液进行稀释，稀释比例为0～20倍。在本专利技术中，可以使用本领域中常用的方法来得到硫化量子点原液，在本专利技术一个优选实施方式中，硫化量子点原液的制备方法具体优选为：将Ag无机盐和十二烷硫醇，在碱性条件下，利用水热合成法制成油溶性的硫化银量子点，然后用巯基乙酸对所述油溶性的硫化银量子点进行表面官能团改性，得到所述硫化银量子点原液。其中，水热合成法的温度优选为180～200℃。硫化量子点原液的制备方法具体优选为中国专利申请CN106753344A中公开的制备方法。由上述制备方法制备的石墨烯水凝胶具有三维多孔的疏松结构，其中石墨烯堆叠形成了基本骨架，硫化银量子点均匀分布在表面作为片层间的连接点，同时硫化银还作为还原剂将氧化石墨烯还原成了石墨烯。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法制得的石墨烯水凝胶。使用本专利技术的石墨烯水凝胶可以有效处理废水，特别是可以有效吸附废水中的有机染料。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法或由上述制备方法制得的石墨烯水凝胶在处理含有有机染料的废水中的应用。所述应用优选具体包括如下步骤：将所述石墨烯水凝胶与含有有机染料的废水进行吸附；所述吸附的转速为50-500r/min，吸附时间为0.1-10h。优选地是，吸附的转速为150-300r/min，吸附时间为0.5-3h。更优选吸附的转速为200r/min，吸附时间为1h。上述吸附优选为振荡吸附。所述吸附的温度为0～45℃，优选为20～30℃。其中，所述石墨烯水凝胶与所述含有有机染料的废水的质量体积比优选为(20～50)mg:100mL，进一步优选为(30～40)mg:100mL。其中，所述有机染料优选为甲基橙、亚甲级蓝或罗丹明B。所述有机染料的浓度优选小于等于1000mg/L。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术在特定的温度和时间下利用含有丰富官能团的硫化银量子点作为还原剂和交联剂，通过水热法将氧化石墨烯片层还原并成型为三维多孔的石墨烯水凝胶，该石墨水凝胶比表面积较大，用其处理废水，对有机染料有很好的吸附性能，具有吸附速率快(在半个小时内即可吸附完成)、吸附容量大(可达220mg/g)、重复利用率高(至少可以重复4～5次，重复4～5次后石墨烯水凝胶的吸附能力未有明显的减弱)的优点。2、本专利技术方法简便、易于操作、重现性好，是快速获得石墨烯水凝胶的一种手段，获得的石墨烯水凝胶，处理含有有机染料的废水效果理想，而有机染料废水在工业废水和生活废水占有较大比例，本专利技术的技术方案可以广泛应用于有机染料废水的处理。附图说明图1为本专利技术实施例3～5中制备的石墨烯水凝胶的等温吸附曲线图。图2为本专利技术实施例3～5中制备的石墨烯水凝胶的朗缪尔(Langmuir)吸附模型拟合直线图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例1本实施例提供了一种硫化银量子点，其制备方法如下：(1)将5mmolAgNO3溶解于20ml去离子水中形成无色透明的溶液，然后在剧烈搅拌下，逐滴加入浓氨水直至生成的棕色沉淀完全消失。(2)将此溶液转移到反应釜中，加入3ml十二硫醇作为油相，并置于200℃的烘箱中反应3h。(3)收集沉淀并弃去清液，加入10ml蒸馏水后，置于超声波清洗机中让沉淀分散均匀。加入2ml巯基乙酸，继续超声处理1h。(4)将产物通过孔径为220nm的过滤器进行过滤后，利用截留分子量为500Da的透析袋，隔夜透析，透析液为水，收集袋中溶液即得到的硫化银量子点原液。实施例2本实施例提供了一种硫化银量子点，其制备方法如下：(1)将5mmolAgNO3溶解于20ml去离子水中形成无色透明的溶液，然后在剧烈搅拌下，逐滴加入浓氨水直至生成的棕色沉淀完全消失。(2)将此溶液转移到反应釜中，加入3ml十二硫醇作为油相，并置于180℃的烘箱中反应3h。(3)收集沉淀并弃去清液，加入10ml蒸馏水后，置于超声波清洗机中让沉淀分散均匀。加入2ml巯基乙酸，继续超声处理1h。(4)将产物通过孔径为220nm的过滤器进行过滤后，利用截留分子量为500Da的透析袋，隔夜透析，透析液为水，收集袋中溶液即得到硫化银量子点原液。实施例3本实施例提供了一种石墨烯水凝胶，其制备方法如下：将40ml硫化银量子点原液(实施例2制备)与40mg氧化石墨烯粉末互混，在超声功率为150W的情况下，用超声波清洗机进行超声波处理0.5h，得到硫化银量子点和氧化石墨烯的混合液。将混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合，在100‑300℃下加热0.5～10h，即得。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合，在100-300℃下加热0.5～10h，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为120-180℃，加热的时间为0.5-2h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硫化银量子点原液与氧化石墨烯的体积质量比为1mL:(0.1-10)mg；优选为1mL:(0.5-3.5)mg，更优选为1mL:1mg。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，使用超声将所述硫化银量子点原液与氧化石墨烯混合；所述超声的功率优选为50-500W，时间优选为0.1-10h。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：在加热前，将混合溶液进行稀释，稀释比例为0～20倍。6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明，吴谦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11