一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料制备领域，具体公开了一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料及其制备方法和应用。所述的制备方法包括如下步骤：(1)将FeSO4·7H2O加入到乙醇溶液中形成混合溶液；(2)在封闭、有保护气体条件下，将石墨烯加入到上述混合溶液中，再加入分散剂，超声分散，在搅拌条件下加入茶多酚水溶液进行反应，经过滤、真空干燥得到所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料。本发明专利技术制备得到的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料加入到250mL浓度为150mg/L的六价铬(Cr

A Tea Polyphenol Modified Graphene Supported Nano-iron Material and Its Preparation and Application

The invention belongs to the field of nano-material preparation, and specifically discloses a tea polyphenol modified graphene loaded nano-iron material and its preparation method and application. The preparation method comprises the following steps: (1) adding FeSO4.7H2O into ethanol solution to form a mixed solution; (2) adding graphene into the above mixed solution under sealed and protected gas conditions, adding dispersant, ultrasonic dispersion, adding tea polyphenol aqueous solution under stirring conditions for reaction, filtering and vacuum drying to obtain the tea polyphenol modified graphene. Loading nano-iron materials. The prepared tea polyphenol modified graphene loaded nano-iron material is added to hexavalent chromium (Cr) with a concentration of 150 mg/L at 250 mL.

【技术实现步骤摘要】
一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料及其制备方法和应用。
技术介绍
铬及其化合物是金属加工、冶金工业、制革、电镀、油漆、印染、制药、照相制版等行业必不可少的原料。因无法对这些行业产生的含铬废水进行有效治理，使得铬排放成为水体污染中较严重的污染之一。铬在环境中主要以Cr(III)和Cr(VI)的形态存在，Cr(III)是胰岛素生物活性的重要微量营养素，具有相对稳定和低水溶液溶解性。与Cr(III)相比，Cr(VI)的生物毒性高百倍，具强致癌性，且易迁移。美国环保署已经将Cr(VI)确定为威胁人类健康的主要物质之一，在废水中Cr(VI)主要以铬酸根CrO42-、重铬酸根Cr2O72-和铬酸H2CrO4(HCrO4-)形式存在，铬在水中的形态则取决于水体的pH值和溶液中总铬的浓度。当pH值低于6.8时，主要以HCrO4-形态存在，当pH值大于6.8时，主要是以CrO42-形态存在，因HCrO4-比CrO42-的氧化还原电位(1.33V)更高，所以更易于被还原为Cr(III)，将Cr(VI)还原为Cr(III)状态来消除Cr(VI)的污染是一种非常有效的途径，因此研究水中Cr(VI)的去除方法显得尤为重要。Cr(VI)在水中主要是通过吸附和氧化还原方法去除的，传统方法有吸附法、化学沉淀法、生物修复法等。常用吸附剂有生物高分子聚合物、活性炭、金属氧化物、活性污泥、纳米材料等，但因易产生二次污染、成本高和去除效率低等问题受到了一定的限制。纳米铁(nZVI)技术被发现比其他吸附剂具有更高效的吸附去除Cr(VI)的性能，被认为是近20年来最具有潜力的一种新型的污染控制技术。由于nZVI粒径极端微小，比表面积大，粉末表面原子数急剧增加，表面张力和表面能也随之增加，使nZVI的表面吸附点和活性点位都大大增加，欧美国家认为nZVI技术是地下水修复最有发展前景的一项新型技术。但nZVI在高浓度情况下，由于磁性和范德华力作用使nZVI趋于团聚，颗粒进入水相介质介孔中，形成大的颗粒物，使nZVI表面积下降，导致分散性差、抗氧化性弱的特点使其在地下水修复及污染物治理方面的应用受到限制。
技术实现思路
为解决上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的是提供一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料。本专利技术的另一目的是提供上述茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法。本专利技术的再一目的是提供上述茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将FeSO4·7H2O加入到乙醇溶液中，充分搅拌使全部溶解得到混合溶液；(2)在封闭、有保护气体条件下，将石墨烯加入到步骤(1)制得的混合溶液中，加入分散剂，超声分散，在搅拌条件下，加入茶多酚水溶液反应25～150min，经过滤、真空干燥得到所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料，其中，反应结束后，反应体系中Fe单质与石墨烯的质量比为1:3～1:7，茶多酚水溶液的加入量占反应体系总质量的0.5～5.0％。优选的，步骤(2)所述的分散剂为PEG400或十二烷基磺酸钠，更优选的为PEG400。优选的，步骤(1)所述FeSO4·7H2O在乙醇溶液中的加入量为2.5～17.0mg/mL；优选的，步骤(1)所述的乙醇溶液的体积百分数为30％～60％，更优选的为30％。优选的，步骤(2)所述茶多酚水溶液的浓度为80～120g/L，更优选的为100g/L。优选的，步骤(2)所述分散剂的加入量与反应体系中的Fe单质的质量比为1.5～2.0:1，更优选的为1.5:1。优选的，步骤(2)所述超声分散的时间为20～50min。优选的，步骤(2)所述过滤为用无水乙醇过滤3～10次。优选的，步骤(2)所述搅拌的速率为500～800rpm。优选的，步骤(2)所述真空干燥的温度为50～80℃，更优选的为50℃。优选的，步骤(2)所述真空干燥的时间为12～48h，更优选的为12h。优选的，步骤(2)所述保护气体为惰性气体或氮气，更优选的为氮气。上述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法制备的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料。上述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料在吸附水体中Cr(VI)中的应用。本专利技术的反应机理为：本专利技术利用石墨烯作为分散剂提高纳米铁颗粒在水性介质中的分散性，使其团聚减少，表面活性电位增加，从而使纳米铁去除水中污染物六价铬(重铬酸钾)的效率增大。石墨烯片层结构具有非常良好的分散性，同时石墨烯表面具有多种官能团，可以将液相还原法制备的纳米铁颗粒紧密的结合在石墨烯表面，形成良好的负载能力，同时茶多酚具有抗氧化的能力，在液相条件下还原Fe2+为纳米铁颗粒的同时可以在纳米铁外层形成一层有效的抗氧化包覆层，提高了纳米铁的抗氧化能力，使其更高效的应用于污染物的氧化还原反应，去除污染物的效率得到有效改善。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)借助具有特殊功能的石墨烯作为纳米铁的负载载体提高纳米铁的分散性和导电能力：石墨烯(Graphene)是一种新型二维C材料，具有非常大的理论比表面积(2630m2·g-1)；并且石墨烯相对于石墨来说电子能够在石墨烯层面中自由移动，就会导致石墨烯的电子运输比较方便。其表面存在大量的环氧基团、羟基、羧基等含氧官能团，使得石墨烯易于与其他材料充分接触，石墨烯是一种优良性能的层状材料，结合石墨烯的高吸附性、片层结构和电子导电能力，可以改善nZVI的电子传递效率、提高还原效率、增强分散性。(2)结合具有抗氧化能力的新型还原剂茶多酚进行纳米铁制备，使纳米铁的抗氧化性得到有效提高。茶多酚具有较强的抗氧化作用，尤其是酯型儿茶素EGCG，茶多酚具有很强的吸附能力，茶多酚能将铁离子或亚铁离子还原为零价铁，同时还可以起到包覆、分散和稳定的作用，利用茶多酚的还原特性可以制备出纳米铁，同时兼具包覆、分散和稳定的作用，既节省了还原剂的资源，同时解决了纳米铁团聚，易氧化等问题。本专利技术制备得到的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料加入到250mL150mg/L的六价铬(K2Cr2O7)溶液中，测试200min内的去除率可达到96～98％，相对于现有的吸附材料效果提高显著。附图说明图1为石墨烯和实施例2制得的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的TEM电镜图，其中(a)为石墨烯的TEM电镜图，(b)为茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的TEM电镜图。图2为实施例1、实施例2和实施例3制备的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料在0～250min内去除六价铬(K2Cr2O7)的效率对比分析图，其中，25Min对应实施例1，75Min对应实施例2，150Min对应实施例3。图3为实施例4、实施例5和实施例6制备的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料去除六价铬(K2Cr2O7)的效率对比分析图，其中，5ML对应实施例4，30ML对应实施例5，50ML对应实施例6。图4为实施例7、实施例8和实施例9制备的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料去除六价铬(K2Cr2O7)的效率对比分析图，其中，Fe:石墨烯＝1:3对应实施例7，Fe:石墨烯＝1:5对应实施例8，Fe:石墨烯＝1:7对应实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将FeSO4·7H2O加入到乙醇溶液中，充分搅拌使全部溶解得到混合溶液；(2)在封闭、有保护气体条件下，将石墨烯加入到步骤(1)制得的混合溶液中，加入分散剂，进行超声分散，在搅拌条件下，加入茶多酚水溶液反应25～150min，经过滤、真空干燥得到所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料，其中，反应结束后，反应体系中Fe单质与石墨烯的质量比为1:3～1:7，茶多酚水溶液的加入量占反应体系总质量的0.5～5.0％，所述茶多酚水溶液的浓度为80～120g/L。

【技术特征摘要】
1.一种茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将FeSO4·7H2O加入到乙醇溶液中，充分搅拌使全部溶解得到混合溶液；(2)在封闭、有保护气体条件下，将石墨烯加入到步骤(1)制得的混合溶液中，加入分散剂，进行超声分散，在搅拌条件下，加入茶多酚水溶液反应25～150min，经过滤、真空干燥得到所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料，其中，反应结束后，反应体系中Fe单质与石墨烯的质量比为1:3～1:7，茶多酚水溶液的加入量占反应体系总质量的0.5～5.0％，所述茶多酚水溶液的浓度为80～120g/L。2.根据权利要求1所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的FeSO4·7H2O在乙醇溶液中的加入量为2.5～17.0mg/mL，所述乙醇溶液的体积百分数为30％～60％。3.根据权利要求2所述的茶多酚改性石墨烯负载纳米铁材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分散剂的加入量与反应体系中的Fe单质的质量比为1.5～2.0:1。4.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：万俊杰，冯新，何锦强，刘志峰，林汝聪，刘永璇，杨创新，何雅静，淘海波，梁婉琪，梁志澎，林达武，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44