一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于NMMO中，得到氧化石墨烯悬浮液；将聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素混合，得到纤维素溶液；(2)将氧化石墨烯悬浮液和纤维素溶液混合进行反应，得到反应产物；(3)对反应产物依次进行凝固成型和水洗，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。上述制备方法使氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和纤维素三者间相互结合，协同作用，共同提高了其对废水中重金属离子的吸附性能，经测试，其对铜离子的吸附量可达到1177μg/g，对铬离子的吸附量可达到4317μg/g。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法
本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法，特别涉及一种用于吸附废水中重金属离子的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法。
技术介绍
环境污染，特别是重金属离子污染已越来越严重，这促使其更易被人类和动物摄入并不断在体内积累，严重威胁人们的日常生活和生命体健康，因此，从水中移除重金属离子是现在水污染处理的必须要求。目前，从水溶液中移除重金属离子的方法有许多种，如化学沉淀法、膜分离法、离子交换法、电化学法和吸附法等。其中，吸附法是去除重金属离子较为有效的方法之一，其通常采用吸附剂来吸附水溶液中的重金属离子以达到将其去除的目的，吸附剂吸附能力的好坏，对最终重金属离子的去除效果至关重要，因此，研究人员采用各种方法来制备吸附性能好的吸附剂，如中国专利文献CN103407997A公开了一种可用于室内空气净化的宏观三维石墨烯气凝胶吸附材料的宏量制备方法。该制备方法以聚乙烯亚胺和氧化石墨为原料，用聚乙烯亚胺来引导石墨烯的组装，并采用冻干的方法得到三维石墨烯气凝胶，该吸附剂对有毒的甲醛气体有好的吸附性能，可用于室内空气净化。不同吸附材料对同一待吸附有毒物质的吸附能力存在差别，即使同一吸附材料对不同待吸附有毒物质也会相差很大，上述技术制得的吸附材料在吸附甲醛等有毒气体方面具有较好的效果，但是却存在重金属离子吸附效果差的缺陷，因此，如何制备一种对废水中重金属离子具有较好的吸附效果的吸附材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的是现有吸附材料对废水中重金属离子吸附效果差的缺陷，进而提供一种对废水中重金属离子吸附效果好的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提供的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于NMMO中，得到氧化石墨烯悬浮液；将聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素混合，得到纤维素溶液；(2)将所述氧化石墨烯悬浮液和所述纤维素溶液混合进行反应，得到反应产物；(3)对所述反应产物依次进行凝固成型和水洗，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。优选地，步骤(1)中，所述分散为将所述氧化石墨烯和所述NMMO混合并于100-120℃下冷凝回流6-8h。优选地，步骤(1)中，所述混合为将混合后所得混合液于20-30℃下溶胀，再于100-120℃、-0.2MPa—-0.1MPa下溶解。优选地，步骤(1)中，所述聚乙烯亚胺、所述交联剂、所述抗氧化剂和所述纤维素的质量比为(1-3)：(0.5-1.5)：(1-3)：100。优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯悬浮液中氧化石墨烯的含量为0.1-2wt％；所述纤维素溶液中纤维素的含量为3-8wt％。优选地，步骤(2)中，所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯与所述纤维素溶液中的纤维素的质量比为(1-10)：100；所述反应的反应温度为100-120℃。优选地，步骤(3)中，所述凝固成型的温10-40℃；所述水洗为将所述反应产物水洗至不含有NMMO溶剂；还包括对所述氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶于-40—-60℃下进行冷冻干燥的步骤。优选地，步骤(1)中，所述交联剂为戊二醛、甲醛或丁二醛中的至少一种；所述抗氧化剂为抗坏血酸和/或没食子酸；所述纤维素为木浆纤维素和/或棉浆纤维素。所述NMMO的含水量为13-13.5wt％，如为13.3wt％。所述混合的时间为20-26h。本专利技术还提供了上述制备方法制得的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。另外，本专利技术还提供了上述氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶在吸附废水中重金属离子方面的应用。本专利技术中NMMO是指N-甲基吗啉-N-氧化物。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术实施例所提供的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，先将氧化石墨烯分散于NMMO中，得到氧化石墨烯悬浮液；将聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素混合，得到纤维素溶液；将所述氧化石墨烯悬浮液和所述纤维素溶液混合进行反应，得到反应产物；对所述反应产物依次进行凝固成型和水洗，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。通过上述制备方法，氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和纤维素充分混合接触，氧化石墨烯增大了其与重金属离子的接触面积，降低了复合水凝胶的密度，提升了吸附能力；聚乙烯亚胺在水中以聚阳离子的形态存在，能螯化重金属离子；纤维素吸附上述氧化石墨烯和聚乙烯亚胺，同时，也能吸附重金属离子。总之，使氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和纤维素三者间相互结合，协同作用，共同提高了氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶对废水中重金属离子的吸附性能，经测试，其对铜离子的吸附量可达到1177μg/g，对铬离子的吸附量可达到4317μg/g。(2)本专利技术实施例所提供的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，通过将氧化石墨烯和NMMO混合并于100-120℃下冷凝回流6-8h，便于氧化石墨烯充分分散于NMMO中，不易团聚，增大了其在复合水凝胶中的分散程度，进而提高了复合水凝胶的吸附性能；将混合后所得混合液于20-30℃下溶胀，再于100-120℃、-0.2MPa—-0.1MPa下溶解，这样操作可使聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素充分作用，提高了结合效果，增强了协同效应，进而提高了复合水凝胶的吸附性能。(3)本专利技术实施例所提供的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，所使用的纤维素等原料来源广泛、简单易得、价格低廉、制备工艺简单、条件可控，适合于连续化大规模、批量生产。(4)本专利技术实施例所提供的氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶，具有易于分离和回收的特点，同时具备了良好的吸附性，在环保领域具有良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶材料的SEM图。具体实施方式为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术做进一步描述。本专利技术可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本专利技术的构思充分传达给本领域技术人员，本专利技术将仅由权利要求来限定。下面各实施例和对比例中氧化石墨烯的制备方法如下：预氧化石墨的制备：在250mL的三口烧瓶中装入40mL浓硫酸加热至90℃，然后进行机械搅拌，同时加入4g过硫酸钾和4g五氧化二磷，降温至80℃，再加入5g石墨，恒温水浴反应4.5h，停止反应，冷却到室温后，用200mL蒸馏水稀释，静置过夜，将反应物过滤，并用蒸馏水洗涤残留的酸，最后放入真空烘箱60℃烘干，得到产物；氧化石墨烯的制备：在250mL的三口烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于NMMO中，得到氧化石墨烯悬浮液；将聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素混合，得到纤维素溶液；(2)将所述氧化石墨烯悬浮液和所述纤维素溶液混合进行反应，得到反应产物；(3)对所述反应产物依次进行凝固成型和水洗，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于NMMO中，得到氧化石墨烯悬浮液；将聚乙烯亚胺、交联剂、抗氧化剂、NMMO和纤维素混合，得到纤维素溶液；(2)将所述氧化石墨烯悬浮液和所述纤维素溶液混合进行反应，得到反应产物；(3)对所述反应产物依次进行凝固成型和水洗，得到氧化石墨烯/聚乙烯亚胺/纤维素复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散为将所述氧化石墨烯和所述NMMO混合并于100-120℃下冷凝回流6-8h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合为将混合后所得混合液于20-30℃下溶胀，再于100-120℃、-0.2MPa—-0.1MPa下溶解。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚乙烯亚胺、所述交联剂、所述抗氧化剂和所述纤维素的质量比为(1-3)：(0.5-1.5)：(1-3)：100。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯悬浮液中氧化石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文江，周爽，周李，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12