一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法。以丙烯酸钠、丙烯酰胺为单体，氧化石墨烯水凝胶为添加剂，过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基-双丙烯酰胺为交联剂，去离子水为反应溶剂，将氧化石墨烯、丙烯酸钠和丙烯酰胺混合水液体在N2氛围中，加入过硫酸钾和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺，在45～60℃范围内反应2～3h得到块状复合水凝胶产物，将复合水凝胶产物经冷冻干燥和真空干燥得到大孔网状聚合物氧化石墨烯复合凝胶。本发明专利技术所制得的氧化石墨烯复合凝胶对处理含Pb2+和Cd2+废水方面的有较好的应用，成本低廉、制备方法比较简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重金属吸附材料制备领域，具体涉及一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法。
技术介绍
重金属是指比重大于4.0且对生物体有毒性的元素，主要包括Hg,Cd,Pb,As,Cr,Ni,Cu,Zn等。重金属污染主要来源于采矿、选矿、化工、印染、电镀、电池、涂料、陶瓷、杀虫剂和肥料等行业排放的大量废水。重金属在水、空气和土壤和生物体中广泛分布，水体是其污染的主要媒介，进入水体中的重金属，即使浓度很低，一旦被水生生物吸收，由于不能被生物降解会累积到较高的浓度，通过饮水和食物链可最终进入人体并蓄积在某些器官和组织中，干扰正常的生理功能，损害人体健康。Pb和Cd是工业中常见的且被认为是对人体和环境危害较大的两种重金属。Pb2+对人体的神经系统、造血系统和肾脏的损害最为严重，中毒者出现头痛、腹痛、腹泻、贫血、疲劳和食欲不振等症状。Pb2+对儿童的危害尤其显著，能阻碍儿童的智力发育，造成不可逆脑损伤。Cd2+一旦进入人体，主要在肝、肾、甲状腺等器官中蓄积，造成急慢性中毒，使钙的吸收失调，造成骨质疏松、骨萎缩变形和骨痛等症状，同时具有致癌致畸作用。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中Pb,Cd的最高允许浓度分别为0.003和0.01mg/L，我国工业污水排放标准GB-1996规定Pb,Cd的最高允许排放浓度分别为1.0和0.1mg/L。因此，对含Pb2+、Cd2+等重金属离子废水的有效控制和处理是环境保护工作中亟需解决的问题之一。目前处理含Pb2+、Cd2+等金属离子的工业废水的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法和电化学法等。其中吸附法是依靠吸附剂表面活性吸附位点对重金属离子的吸附作用而除去重金属离子，吸附法具有吸附容量大、吸附速率快、选择性好等优点，适合处理低浓度、大体积的重金属离子废水，解吸后还有望实现贵重金属的回收。吸附材料种类繁多，包括各种农林渔业残渣制备的活性炭、改性矿物材料(沸石、蒙脱土、凹凸棒)和改性天然高分子(纤维素、木质素和壳聚糖)等。目前商业上常用的吸附剂有活性炭，但其吸附容量小、选择性低、再生困难，使得活性炭的应用受到很大的限制。因此，研制吸附容量大、吸附速率快、去除率高、再生容易、成本低且对环境友好的吸附剂依然很有必要。近年来，氧化石墨烯因其巨大的比表面积、富电子结构和表面含氧活性官能团而成为研究处理重金属离子废水的热点吸附材料，并表现出良好的吸附效果(吴春来,樊静.石墨烯材料在重金属废水吸附净化中的应用[J].化工进展,2013,32(11):2668-2673.)。然而，GO表面对吸附重金属离子起重要作用的含氧官能团(羧基和羟基)数量非常有限，因此氧化石墨用于处理重金属离子废水的效果并不是很理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种具有丰富的羧基和酰胺基团，且工艺简单、原料易得、成本低廉、吸附效果优良的应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法，以丙烯酸钠、丙烯酰胺为单体，氧化石墨烯水凝胶为添加剂，过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基-双丙烯酰胺，去离子水为反应溶剂，经悬浮聚合反应制得用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶。将氧化石墨烯、丙烯酸钠和丙烯酰胺混合水液体在N2氛围中，加入过硫酸钾和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺，在45～60℃范围内反应2～3h得到块状复合水凝胶产物，将复合水凝胶产物经冷冻干燥和真空干燥得到大孔网状聚合物氧化石墨烯复合凝胶。所述丙烯酰胺与丙烯酸钠的质量比为1:4～1:1，氧化石墨烯、过硫酸钾和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺分别所占总质量比的0.5～2％，1.2～2.4％和0.4～1％，所用水均为蒸馏水，pH在9.0～11.5范围内。作为优选技术方案，所述氧化石墨烯复合凝胶的制备方法为：将150mL氧化石墨烯、丙烯酸钠和丙烯酰胺混合水液体在N2氛围中，加入过硫酸钾和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺，在45～60℃范围内反应2～3h得到块状复合水凝胶产物，将复合水凝胶产物经冷冻干燥和真空干燥得到大孔网状聚合物氧化石墨烯复合凝胶。其中原料配比为丙烯酰胺与丙烯酸钠单体的质量比为1:4～1:1，混合液体总体积为150～200mL，氧化石墨烯、过硫酸钾和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺分别占单体总质量的0.5～2％，1.2～2.4％和0.4～1％，所用水均为蒸馏水，pH在9.0～11.5范围内。作为优选技术方案，所述氧化石墨烯复合凝胶的制备具体步骤中优选丙烯酰胺与丙烯酸钠单体的质量比为1:1，单体总量10g为例，包括氧化石墨烯水凝胶的制备、脱阻聚剂丙烯酸钠的制备和氧化石墨烯复合凝胶的制备。一、氧化石墨烯的制备：以石墨粉为原料采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯：a.取10.0g分析纯石墨粉与50mL浓H2SO4(95-98％)、8.5gK2S2O8和8.5gP2O5加入1000mL三口烧瓶里混合后在85-95℃下机械搅拌4～6h后，降到室温后缓慢滴加200mL蒸馏水稀释混合溶液，转移到大烧杯中加足量蒸馏水浸渍3天，期间换水4次，底层抽真空过滤，滤饼置于80℃真空干燥24h，获得预氧化石墨粉。b.预氧化石墨粉研磨成粉末后置于1000mL三口烧瓶里，加入230mL浓H2SO4，机械搅拌和冰水浴条件下缓慢加入60gKMnO4，期间控制三口瓶内混合液体温度在20℃以下，加完后水浴装置升温至35℃搅拌反应4.5h，接着缓慢滴加500mL蒸馏水，再次搅拌反应2h后加入30mLH2O2(30％)使混合物变成得亮黄色得到氧化石墨，混合物转移至大烧杯中加蒸馏水浸渍3天，期间换水5次，下层悬浮液经蒸馏水多次离心分离至上清液接近中性后，取下层黄褐色物质超声分散得氧化石墨烯，取少量置于90℃真空干燥12h测得氧化石墨烯水凝胶中氧化石墨烯的质量分数为3％。二、丙烯酸钠的制备：取分析纯已知浓度的该丙烯酸单体溶液50mL，加浓NaOH中和后转移至500mL三口烧瓶，加入2.0g活性碳混合后，水浴升温至45℃，磁力子搅拌吸附3h后真空抽滤，滤液配成500mL丙烯酸钠溶液置于阴凉干燥处备用，所得丙烯酸钠的浓度为0.388g/mL。三、氧化石墨烯复合凝胶的制备：①称取200mg纯氧化石墨烯的水凝胶(约40mL)，超声分散30min后滴加浓氨水调pH至10.0～11.5，转移至500mL三口烧瓶；②取13.0mL浓度为0.388g/mL(5.0g左右)、pH＝6～7的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法，其特征在于：以丙烯酸钠、丙烯酰胺为单体，氧化石墨烯为添加剂，过硫酸钾为引发剂，N,N‑亚甲基‑双丙烯酰胺为交联剂，去离子水为溶剂，经悬浮聚合反应制得用于重金属离子吸附的氧化石墨烯复合凝胶。

【技术特征摘要】
2015.12.24 CN 20151098915381.一种应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法，其特征在于：以丙烯酸
钠、丙烯酰胺为单体，氧化石墨烯为添加剂，过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基-双丙烯酰胺
为交联剂，去离子水为溶剂，经悬浮聚合反应制得用于重金属离子吸附的氧化石墨烯复合
凝胶。
2.根据权利要求1所述的应用于重金属吸附的氧化石墨烯复合凝胶的制备方法，其特
征在于：将氧化石墨烯、丙烯酸钠和丙烯酰胺混合水液体在N2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，贺盛福，张灿，
申请(专利权)人：吉首大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43