一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种利用聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附脱除废水中脂肪酸的方法，以天然石墨为原料，用Hummer法制备氧化石墨烯悬浮液；然后向其中添加一定量的聚合氯化铝溶液，混匀，得聚合氯化铝改性氧化石墨烯悬浮液。将聚合氯化铝改性氧化石墨烯悬浮液与废水按一定体积比混匀，振荡，获得吸附了脂肪酸的氧化石墨烯悬浮液，氧化石墨烯同时转化为絮团。过滤，获得脱除了脂肪酸的净化水以及吸附反应后的氧化石墨烯。本发明专利技术利用聚合氯化铝对氧化石墨烯进行改性，使氧化石墨烯表面电荷由负转正，借助静电吸附及化学吸附，提高了氧化石墨烯吸附剂对脂肪酸的吸附容量，借助聚合氯化铝的絮凝作用，极大改善氧化石墨烯吸附剂的固液分离效率。

Preparation and application of poly (aluminum chloride) modified graphene oxide adsorbent

The invention discloses a method of modifying the fatty acid of graphene oxide adsorption from wastewater using polyaluminium chloride, using natural graphite as raw materials, preparation of graphene oxide suspension by Hummer method; poly aluminium chloride solution, and then add a certain amount to the mix, so the polymerization aluminum chloride modified graphene oxide suspension. The suspension of aluminum oxide modified graphene oxide suspension was mixed with waste water at a certain volume ratio, oscillating to obtain the suspension of graphene oxide adsorbed fatty acid, and the graphene oxide was converted into floc. The purified water with the removal of fatty acids and the graphene oxide after adsorption were obtained. The invention uses polyaluminium chloride on graphene oxide modified graphene oxide surface charge from negative to positive, with the help of electrostatic adsorption and chemical adsorption, improved graphene oxide adsorbent for the adsorption capacity of fatty acids, with flocculation of polymeric aluminum chloride, greatly improve the solid-liquid separation efficiency of graphene oxide adsorbent the.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备及其应用方法
本专利技术涉及一种利用聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附脱除废水中脂肪酸的方法。
技术介绍
表面活性剂的使用量逐年增加，使用范围不断扩大，对人体健康和环境的危害也越来越严重。表面活性剂对人体健康的危害主要体现在其具有慢性毒性，能引起血红蛋白、红细胞和白细胞数量的变化，以及对人的皮肤造成伤害。表面活性剂的浓度达到1mg·L-1时，表面活性剂在水体中能形成大量泡沫，不仅影响了自然水体的景观，而且在水面形成隔离层，从而降低氧的溶解和传递速率，减弱了水与大气之间的气体交换，导致水质恶化。用含表面活性剂的水灌溉农田，会使农作物的叶慢慢卷曲,根逐渐变得细而短，根表皮出现棕色小斑点的老化现象，农作物的产量受到严重影响。大量水体中未能被降解的表面活性剂被土壤吸附以后，显著地降低了土壤对有机毒物的吸附作用，并可能改变了土壤中微生物的组成，对环境造成间接污染，因此表面活性剂对水体的污染越来越受到政府部门及人们的关注。我国氧化矿资源，包括有色金属氧化矿，具有“贫、细、杂”的特点，浮选成为目前最常用的选别方法，而脂肪酸这种表面活性剂是氧化矿浮选作业中广泛应用的一种浮选捕收剂。在氧化矿浮选过程，为了提高淡水的利用率，选别后的尾矿水需要循环利用，导致捕收剂脂肪酸在选矿厂浮选水循环系统中不断富集。脂肪酸离子随循环水进入浮选体系，导致浮选泡沫过度稳定，使最终的选别指标不理想。因而，脱除选矿废水中的脂肪酸捕收剂，将有利于废水的循环应用或矿区生态环境的保护。表面活性剂脱除方法很多，有催化氧化法、生物降解法、超声波法、微电解法、生物降解法等，大多数方法都有其弊端，如处理成本高、效果差、会带来二次污染等。吸附法是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积，将废水中的污染物吸附在表面从而达到分离目的。物理吸附法优点是速度快、稳定性好、设备占地小。因此亟需一种资源丰富，规模化合成成本较低，具有更高的吸附容量的脱除废水中脂肪酸的吸附剂。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术针对氧化石墨烯吸附剂在脱除阴离子表面活性剂脂肪酸过程中，存在氧化石墨烯吸附剂与油酸钠间静电斥力大，吸附容量小，以及脱除污染物脂肪酸后吸附剂高度分散，与净化水固液分离难的问题。本专利技术利用聚合氯化铝对氧化石墨烯进行改性，使氧化石墨烯表面电荷由负转正，借助静电吸附及化学吸附，提高氧化石墨烯吸附剂对脂肪酸的吸附容量；借助聚合氯化铝的絮凝作用，极大改善氧化石墨烯吸附剂的固液分离效率。利用聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附脱除废水中脂肪酸，以消除脂肪酸对生态环境或浮选带来的负面影响。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂，其特征在于：包含0.3-0.4g/L的氧化石墨烯悬浮液和质量浓度为0.5-1.5％的聚合氯化铝溶液按照体积比15-25:1混合的混合悬浮液。一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤一、称取隐晶质石墨制备氧化石墨，然后将氧化石墨先进行酸洗，再水洗，最后再用离心机离心，取离心后沉淀物；步骤二、将步骤一离心后的氧化石墨真空冷冻干燥24-60小时，将干燥后的氧化石墨磨成粉末；步骤三、将步骤二所得氧化石墨烯粉末均匀分散于水，所述氧化石墨烯粉末与水按照1-5g：3L的比例混合；步骤四、将步骤三制得的氧化石墨溶液进行超声剥离5-15min；步骤五、将步骤四剥离后的悬浮液离心，上层清液即为氧化石墨烯悬浮液；步骤六、取步骤五制得的氧化石墨烯悬浮液，按体积比15-25:1加入质量浓度为0.5-2％的聚合氯化铝溶液，控制pH值在6.5-7.5，水浴振荡，既得聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，步骤二中，所述真空冷冻干燥时间为48小时。作为上述技术方案的改进，步骤三中，所述氧化石墨烯粉末与水按照2g：3L的比例混合；作为上述技术方案的改进，步骤六中，取步骤五制得的氧化石墨烯悬浮液，按体积比20:1加入质量浓度为1％的聚合氯化铝溶液，控制pH值为6-8。聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂脱除废水中脂肪酸的方法，包含如下步骤：S1以天然石墨为原料，采用Hummer法制备氧化石墨烯悬浮液；向氧化石墨烯悬浮液添加聚合氯化铝溶液，混匀搅拌，获得聚合氯化铝改性氧化石墨烯悬浮液；S2取含脂肪酸的废水，作为处理的对象；S3将聚合氯化铝改性氧化石墨烯悬浮液与废水混匀，并调节pH值；S4将S3所得混合液振荡、吸附脱除；S5将S4所得吸附了脂肪酸的氧化石墨烯悬浮液过滤。作为上述技术方案的改进，所述S1所述的聚合氯化铝，可为白色、黄色、黄褐色这三种颜色的聚合氯化铝；聚合氯化铝中二氧化铝含量27wt％-30wt％；其盐基度B为30％-95％。作为上述技术方案的改进，S1所述的聚合氯化铝溶液的添加量，将固体产品按质量比1：3加水溶解为液体后，再加30质量倍数的清水稀释成所需浓度后添加到氧化石墨烯悬浮液，并保证聚合氯化铝与氧化石墨烯的质量比为1～5:1。作为上述技术方案的改进，S2所述的脂肪胺废水中，脂肪酸的浓度为10～5000mg/L。作为上述技术方案的改进，S3所述的聚合氯化铝改性氧化石墨烯悬浮液与废水混匀，其合适的吸附反应pH值为6～8。作为上述技术方案的改进，S4所述的吸附反应条件为，吸附温度5℃～50℃，振荡器转速50r/min～300r/min，吸附脱除时间1h～30h。常用的吸附剂有活性炭、吸附树脂、硅藻土、高岭土等。相比以上几种吸附剂，氧化石墨烯具有巨大的比表面积，其表面含有大量活性基团，能形成高稳定的水溶性胶体，具有更高的吸附容量。此外，氧化石墨烯相较于碳纳米管更易规模化合成，其制备的原料为自然石墨，资源丰富，规模化合成成本较低。因此，利用氧化石墨烯脱除脂肪酸具有很大的优势。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：聚合氯化铝改性氧化石墨烯具有比表面积大、表面官能团多、表面荷正电的特点，本专利技术利用这些特点实现对阴离子表面活性剂脂肪酸的高效吸附。同时，吸附脂肪酸后，氧化石墨烯吸附剂呈粒度较大的絮团，利用沉降法及过滤法实现吸附剂与净化水的高效分离。本专利技术能对废水中脂肪酸进行高效脱除，降低排放废水对环境的不利影响，对保护生态环境，促进经济可持续发展有重要的社会意义；同时，选矿行业中分选氧化矿后的残余的脂肪酸进行脱除，大大降低由于回水中浮选药剂残余对选别指标的不利影响，提高回水利用率。本专利技术所用的氧化石墨烯以价格低廉且储量丰富的石墨为原料，采用成熟的Hummer法制备氧化石墨烯悬浮液，在温和的条件下，利用利用聚合氯化铝对氧化石墨烯进行改性，可大幅提高脱除脂肪酸的吸附容量，且吸附反应后液固分离简单，有良好的工业应用前景。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1(a)为制备的氧化石墨烯的原子力显微镜图的2DAFM图像；图1(b)为制备的氧化石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂，其特征在于：包含0.3‑0.4g/L的氧化石墨烯悬浮液和质量浓度为0.5‑1.5％的聚合氯化铝溶液按照体积比15‑25:1混合的混合悬浮液。

【技术特征摘要】
1.一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂，其特征在于：包含0.3-0.4g/L的氧化石墨烯悬浮液和质量浓度为0.5-1.5％的聚合氯化铝溶液按照体积比15-25:1混合的混合悬浮液。2.一种聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤一、称取隐晶质石墨制备氧化石墨，然后将氧化石墨先进行酸洗，再水洗，最后再用离心机离心，取离心后沉淀物；步骤二、将步骤一离心后的氧化石墨真空冷冻干燥24-60小时，将干燥后的氧化石墨磨成粉末；步骤三、将步骤二所得氧化石墨烯粉末均匀分散于水，所述氧化石墨烯粉末与水按照1-5g：3L的比例混合；步骤四、将步骤三制得的氧化石墨溶液进行超声剥离5-15min；步骤五、将步骤四剥离后的悬浮液离心，上层清液即为氧化石墨烯悬浮液；步骤六、取步骤五制得的氧化石墨烯悬浮液，按体积比15-25:1加入质量浓度为0.5-2％的聚合氯化铝溶液，控制pH值在6.5-7.5，水浴振荡，既得聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂。3.如权利要求2所述的聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述氧化石墨烯粉末与水按照2g：3L的比例混合。4.如权利要求2所述的聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤六中，取步骤五制得的氧化石墨烯悬浮液，按体积比20:1加入质量浓度为1％的聚合氯化铝溶液，控制pH值为6-8。5.权利要求1所述的聚合氯化铝改性氧化石墨烯吸附剂脱除废水中脂肪酸的方法，其特征在于，包含如下步骤：S1以天然石墨为原料，采用Hummer法制备氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪强，陈鹏，丁一刚，翁孝卿，彭伟军，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42