还原氧化石墨烯的制备方法、还原氧化石墨烯及其应用技术

本发明专利技术公开了一种还原氧化石墨烯的制备方法、还原氧化石墨烯及其应用，其制备方法包括：将氧化石墨烯与水混合，超声剥离，得到氧化石墨烯混合液；将所述氧化石墨烯混合液与乙二胺二琥珀酸混合，于微波辐射下进行还原反应，得到还原氧化石墨烯。本发明专利技术的制备方法简单易行、反应条件温和、生产成本低、绿色环保无污染、EDDS可重复利用等优点，其制备得到的还原氧化石墨烯表面含氧官能团低，共轭程度高，分散性好，比表面积大，层间距大等特点，能广泛应用于处理含抗生素废水，具有处理过程操作方便，吸附量大，吸附时间短，无二次污染等优点，可应用于废水中抗生素的无害处理，对开发石墨烯基的材料以及应用于环境领域具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
还原氧化石墨烯的制备方法、还原氧化石墨烯及其应用
本专利技术属于材料制备及环境保护领域，涉及一种还原氧化石墨烯的制备方法、还原氧化石墨烯及其应用；具体涉及一种由乙二胺二琥珀酸（EDDS）还原氧化石墨烯的方法、还原氧化石墨烯及其在处理抗生素废水中的应用。
技术介绍
抗生素作为医药制剂被广泛应用至人体治疗以及牲畜喂养，并且由于这些物质在人体或动物体内难以被完全消化吸收，大部分掺杂在粪便中被排出体外，从而对环境造成潜在危害。尤其在我国，中国科学院广州地球化学研究所的研究结果表明，2013年中国抗生素使用惊人，一年使用16.2吨抗生素，约占世界的一半，其中52%为兽用，48%为人用，超过5万吨抗生素被排出机体而进入环境中。目前，相关报道表明，在地表水、地下水以及引用水中都检测到了高浓度的抗生素存在。因此，对含抗生素的生活污水、医疗废水、农业用水以及畜禽废水进行无害处理是迫切需要的。吸附法是一种有效、便捷、低廉而广泛应用的处理方法。碳纳米材料对抗生素吸附去除效果尤为显著，其可通过吸附架桥、氢键、π–π共轭、阳离子–π以及范德华力等相互作用而去除水体中抗生素。石墨烯作为一种新兴的碳纳米材料，于2004年首次被发现，是一种由单层碳原子所构成的蜂窝状二维共扼结构。超大的比表面积、独特的化学结构及无与伦比的电学、力学、热学等性能，使其在而在新能源领域、光催化领域、生物领域及环境领域等引起了广泛的关注。石墨烯通常可由氧化石墨烯还原得到，其主要的制备方法有机械剥离法、化学还原法、溶剂热还原法、光催化还原法、化学气相沉积法等。其中，化学还原法由于具有成本低、工艺简单易控等特点而备受科研工作者的推崇。目前，用于制备还原氧化石墨烯或石墨烯的化学还原剂主要有钠与硼氢化钠混合液、硼氢化钠和硫酸混合液、氢碘酸、氢碘酸与乙酸混合液，钠–氨，对苯二酚，维生素C–氨基酸，L–对抗坏血酸，锌粉，铝粉，铁，碱，水合肼，二甲基肼，硫化氢以及氢化钠等。然而，在利用这些还原剂的过程中，高温、大量有机溶剂以及有毒药品的使用限制了大规模生产还原氧化石墨烯。因此，开发一种简单易行、反应条件温和、生产成本低、环境友好型的还原氧化石墨烯的方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单易行、反应条件温和、生产成本低、绿色环保无污染、EDDS可重复利用的还原氧化石墨烯的制备方法，还提供给了一种表面含氧官能团低、共轭程度高、分散性好、比表面积大、层间距大的还原氧化石墨烯及其在处理抗生素废水中的应用，该应用具有处理过程操作方便、绿色环保、生物毒性低、吸附量大、吸附时间短、无二次污染等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种还原氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯与水混合，超声剥离，得到氧化石墨烯混合液；S2、将所述氧化石墨烯混合液与乙二胺二琥珀酸混合，于微波辐射下进行还原反应，得到还原氧化石墨烯。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中所述还原反应后还包括离心处理和真空冷冻干燥处理：将所述还原反应的产物于7000rpm～9000rpm下离心处理10min～15min，然后在-90℃～-110℃下真空冷冻干燥处理2天～3天。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中所述超声剥离的时间为0.5h～1h。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中所述还原反应的温度为90℃～98℃，所述还原反应的时间为2h～4h。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中所述乙二胺二琥珀酸按照6g/L～40g/L添加到所述氧化石墨烯混合液中。上述的制备方法中，优选的，所述氧化石墨烯混合液中氧化石墨烯的浓度为1g/L～3g/L。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述制备方法制得的还原氧化石墨烯。上述的还原氧化石墨烯中，优选的，所述还原氧化石墨烯为黑色粉末状；所述还原氧化石墨烯为层状多孔纳米结构；所述层状多孔纳米结构的层间距为0.413nm～0.89nm，孔径为2nm～10nm。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的还原氧化石墨烯在处理含抗生素废水中的应用。上述的应用中，优选的，包括以下步骤：将还原氧化石墨烯与含抗生素废水混合，进行振荡吸附反应，完成对含抗生素废水的处理；所述还原氧化石墨烯的用量为0.08g/L～0.8g/L。上述的应用中，优选的，所述含抗生素废水中抗生素的浓度为50mg/L～350mg/L。上述的应用中，优选的，所述抗生素为四环素。上述的应用中，优选的，所述振荡吸附反应的温度为25℃～45℃，转速为150rpm～170rpm，时间为5min～6h。本专利技术中，所述氧化石墨烯是由石墨通过Hummers法制得。本专利技术的应用中，所述含抗生素废水为含抗生素的河水、含抗生素的城市生活污水或含抗生素的医疗废水。本专利技术的原理是利用乙二胺二琥珀酸（EDDS）分子含有四个当量的羧基，在微波激发下，产生H+，促使氧化石墨烯表面的羟基、羧基以及环氧醚基等含氧官能团在H+或H2O+作用下先后质子化、脱质子化，最终脱水除去含氧官能团，得到还原氧化石墨烯。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种由EDDS还原氧化石墨烯的方法，以EDDS为还原剂，具有反应时间短，条件简单，无二次污染的优点。较水合肼还原氧化石墨烯而言，本专利技术制备的还原氧化石墨烯具有更大的层间距。2、本专利技术还原氧化石墨烯的制备方法中，在微波辐射下进行还原反应，具有反应速度快，副反应少，产率高，环境友好，操作方便的优点。3、本专利技术利用EDDS还原氧化石墨烯的制备方法具有简单易行，反应条件温和，生产成本低，绿色环保无污染，EDDS可重复利用等优点。4、本专利技术提供了一种还原氧化石墨烯，由EDDS还原氧化石墨烯制备得到，该还原氧化石墨烯表面含氧官能团低，共轭程度高。本专利技术的还原氧化石墨烯为黑色粉末状，在水和有机溶剂中的分散性好，具有巨大的比表面积。本专利技术的还原氧化石墨烯为层状多孔纳米结构，层间距为0.413nm～0.89nm，孔径为2nm～10nm，对水体中抗生素（四环素）具有极强的吸附作用，而采用水合肼还原时，层间距仅为0.363nm，不利于吸附水体中的抗生素。5、本专利技术的还原氧化石墨烯可广泛应用于处理抗生素废水，具有处理过程操作方便，吸附量大，吸附时间短，无二次污染等优点，将其用于处理水体中的四环素具有极高的吸附性能。本专利技术还原氧化石墨烯可应用于废水中抗生素的无害处理，对开发石墨烯基的材料以及应用于环境领域具有十分重要的意义。附图说明图1是本专利技术实施例1中还原氧化石墨烯ERG5的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例1中还原氧化石墨烯ERG5的透射电镜图。图3是本专利技术实施例1中氧化石墨烯和还原氧化石墨烯ERG5的傅里叶红外光谱图。图4是本专利技术实施例1中氧化石墨烯和还原氧化石墨烯ERG5的X射线衍射图。图5是本专利技术实施例1中EDDS反应前后的傅里叶红外光谱图。图6是本专利技术实施例2中不同还原氧化石墨烯对四环素吸附量的关系柱形图。图7是本专利技术实施例3中不同投加量的还原氧化石墨烯对四环素吸附量的关系曲线图。图8是本专利技术实施例4中还原氧化石墨烯ERG5对不同平衡浓度四环素水溶液的吸附等温线图。图9是本专利技术实施例5中还原氧化石墨烯ERG5对四环素的吸附量随时间变化关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种还原氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯与水混合，超声剥离，得到氧化石墨烯混合液；S2、将所述氧化石墨烯混合液与乙二胺二琥珀酸混合，于微波辐射下进行还原反应，得到还原氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯与水混合，超声剥离，得到氧化石墨烯混合液；S2、将所述氧化石墨烯混合液与乙二胺二琥珀酸混合，于微波辐射下进行还原反应，得到还原氧化石墨烯；所述还原反应的温度为90℃～98℃，所述还原反应的时间为2h～4h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中所述还原反应后还包括离心处理和真空冷冻干燥处理：将所述还原反应的产物于7000rpm～9000rpm下离心处理10min～15min，然后在-90℃～-110℃下真空冷冻干燥处理2天～3天。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述超声剥离的时间为0.5h～1h。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中所述乙二胺二琥珀酸按照6g/L～40g/L添加到所述氧化石墨烯混合液中。5.根据权利要求4所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁兴中，吴志斌，钟华，王侯，陈晓红，冷立健，肖智华，蒋龙波，黎一夫，曾光明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43