一种三维石墨烯及其在重金属污染地下水中的应用制造技术

一种三维石墨烯及其在重金属污染地下水中的应用，所述三维石墨烯包括自组装三维石墨烯、乙二胺修饰自组装三维石墨烯、抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯、多巴胺修饰自组装三维石墨烯，三维石墨烯对Pb2+的吸附率为94.3％，Cu2+的吸附率为90.9％；乙二胺修饰的三维氧化石墨烯在对Pb2+的吸附率为97.3％，Cu2+的吸附率为93.6％；抗坏血酸修饰的三维氧化石墨烯Pb2+的吸附率为89.3％，Cu2+的吸附率为88.3％；多巴胺修饰的三维氧化石墨烯Pb2+的吸附率为97.5％，Cu2+的吸附率为96.4％。适用于地下水重金属污染物治理，且所得到的三维石墨烯吸附效率高、吸附容量大，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种三维石墨烯及其在重金属污染地下水中的应用
：本专利技术涉及污染地下水处理
，具体涉及一种三维石墨烯及其在重金属污染地下水中的应用。
技术介绍
：石墨烯是近年来兴起的一种新型碳材料，在光、电、热、力等方面均具有优异性能，是一种极具应用潜力、可广泛服务于经济社会发展的新材料。它是由sp2杂化碳原子以六边形排列形成的蜂窝状的二维纳米新材料。但是纳米石墨烯直接处理地下水中重金属易出现团聚问题，并且现有石墨烯制备技术工艺复杂、成本高、普适性差，提高制备效率低和成品吸附活性低。
技术实现思路
：为解决纳米石墨烯直接处理地下水中重金属出现团聚问题，解决现有石墨烯制备现有技术工艺复杂、成本高、普适性差问题，提高制备效率和成品吸附活性，本专利技术提供一种三维石墨烯及其在重金属污染地下水中的应用。该制备方法工艺简单、成本低、适用于地下水重金属污染物治理，所得到的三维石墨烯吸附效率高、吸附容量大，使用寿命长。本专利技术采用的技术方案为：本申请的三维石墨烯包括自组装三维石墨烯、乙二胺修饰自组装三维石墨烯、抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯、多巴胺修饰自组装三维石墨烯，其中自组装三维石墨烯由下述方法制得：下述各原料按重量份配比：冰水浴中，2-4份石墨和1.5-3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入浓度为3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，称取干燥好的氧化石墨0.3份，并将其溶解在100份去离子水中，配置成悬浮液，在超声波清洗机上连续超声2h，超声后获得分散性良好的氧化石墨烯水溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中180℃水热反应12h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力超临界二氧化碳干燥12h得到自组装三维石墨烯；乙二胺修饰自组装三维石墨烯由下述方法制得：冰水浴中，2－4份石墨和1.5－3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，取0.3份氧化石墨溶解在100－120份去离子水中后超声震荡2h，再加入0.30－0.35份乙二胺还原剂并进行剧烈震荡15min，将还原后的氧化石墨烯装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中95℃水热反应12h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力下超临界二氧化碳干燥12h得到乙二胺修饰自组装三维石墨烯。抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯由下述方法制得：冰水浴中，2-4份石墨和1.5-3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，取0.2份氧化石墨溶解在100ml去离子水中后超声震荡2h，再加入0.1份抗坏血酸还原剂并进行剧烈震荡15min，将还原后的氧化石墨烯装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中90℃水热反应6h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力下超临界二氧化碳干燥12h得到抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯。多巴胺修饰自组装三维石墨烯由下述方法制得：冰水浴中，2-4份石墨和1.5-3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，取0.2份氧化石墨溶解在100份去离子水中后超声震荡2h，再加入0.1份多巴胺还原剂并进行剧烈震荡15min，将还原后的氧化石墨烯装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中120℃水热反应6h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力下超临界二氧化碳干燥12h得到多巴胺修饰自组装三维石墨烯。上述的三维石墨烯在重金属污染地下水中的应用，在连续流模拟地下水处理装置中，控制地下水流速5m/d，控制Pb2+浓度为50mg/L，Cu2+浓度为40mg/L，PH＝7、温度25℃，自组装三维石墨烯对Pb2+的吸附率为94.3％，Cu2+的吸附率为90.9％；乙二胺修饰的三维氧化石墨烯在对Pb2+的吸附率为97.3％，Cu2+的吸附率为93.6％；抗坏血酸修饰的三维氧化石墨烯Pb2+的吸附率为89.3％，Cu2+的吸附率为88.3％；多巴胺修饰的三维氧化石墨烯Pb2+的吸附率为97.5％，Cu2+的吸附率为96.4％。本专利技术的有益效果是：本申请氧化石墨烯(GO)作为一种特殊的石墨烯衍生物，具有比表面积大、表面功能基团丰富、反应活性高、成本低等优点，对GO吸附污染物的机理，主要有以下两种：(1)丰富的含氧官能团的作用，即-OH、-COOH等弱酸性基团，电离后使GO带有负电性，因此对重金属、类金属等正电荷离子具有极强的吸附性能；有研究表明，GO对Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+等离子均具有良好的吸附效果，并且吸附效果要远强于活性炭和碳纳米管等其他吸附材料。GO巨大的表面积，丰富的含氧官能团(羧基、羟基、酮基、环氧基等)，不仅有利于对重金属离子的吸附，而且为GO的功能化改性提供了丰富的活性位点。(2)π-π共轭作用、氢键作用和范德华力，共同构成有机污染物在GO表面吸附的机制；GO具有富π电子共轭体系，易与苯环结构化合物形成π-π共轭作用，因此GO对芳香族化合物、抗生素、染料等有机污染物都有优良的吸附效果。相比于传统PRB的反应材料(零价铁、纳米铁等)，新型GO填料具有高效、适用性强等优点，整合二维石墨烯形成具有微纳米结构的三维石墨烯材料，不仅弥补了二维石墨烯在应用等方面出现的问题，利用GO自组装的特性，将2D纳米GO转变为易分离、高孔隙率的三维氧化石墨烯泡沫(GOfoams，GOF)，三维GO结构不仅继承了纳米GO固有的吸附特性，同时还具备质轻、体积易控制、易加工及良好的机械性能等多方面优点，再加之其独特的三维多孔结构，赋予了泡沫材料新的功能，比表面积高、不需要支撑材料以及易于收集分离等，使之在地下水处理领域更具有优势。采用二氧化碳萃取较其他方法相比，如冷冻干燥法，经过冷冻干燥后的样品仍会保持原来的化学组成和物理性质，如孔隙结构、胶体性质、活性物质等，但是冷冻干燥时间长，干燥效果较差，导致能耗高，不稳定等缺点；水热法干燥及一般干燥法不可避免的会造成石墨烯坍塌团聚，比表面急剧下降以及孔隙大量减少，这对于纳米材料的获得以及高比表面材料制备极其不利，本申请的方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维石墨烯，所述三维石墨烯包括自组装三维石墨烯、乙二胺修饰自组装三维石墨烯、抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯、多巴胺修饰自组装三维石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯，所述三维石墨烯包括自组装三维石墨烯、乙二胺修饰自组装三维石墨烯、抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯、多巴胺修饰自组装三维石墨烯。2.权利要求1所述的三维石墨烯，其特征在于：所述的自组装三维石墨烯由下述方法制得：下述各原料按重量份配比：冰水浴中，2-4份石墨和1.5-3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入浓度为3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，称取干燥好的氧化石墨0.3份，并将其溶解在100份去离子水中，配置成悬浮液，在超声波清洗机上连续超声2h，超声后获得分散性良好的氧化石墨烯水溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中180℃水热反应12h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力超临界二氧化碳干燥12h得到自组装三维石墨烯。3.权利要求1所述的三维石墨烯，其特征在于：所述的乙二胺修饰自组装三维石墨烯由下述方法制得：冰水浴中，2－4份石墨和1.5－3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅拌反应30min，反应后在2h内缓慢加入6－12份高锰酸钾，升温35℃反应30min，逐滴加入400-450份去离子水升温到90℃反应1h，趁热加入15－20份过氧化氢过滤，取沉淀物加入3mol/L盐酸15－20份和去离子水120－140份进行洗涤直至呈中性，将生成物放到真空干燥箱60℃干燥24h，取0.3份氧化石墨溶解在100－120份去离子水中后超声震荡2h，再加入0.30－0.35份乙二胺还原剂并进行剧烈震荡15min，将还原后的氧化石墨烯装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中95℃水热反应12h制得石墨烯水凝胶，40℃、10Mpa压力下超临界二氧化碳干燥12h得到乙二胺修饰自组装三维石墨烯。4.权利要求1所述的三维石墨烯，其特征在于：所述的抗坏血酸修饰自组装三维石墨烯由下述方法制得：冰水浴中，2-4份石墨和1.5-3份硝酸钠加入到98％浓硫酸溶液100－150份中搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，张帝，赵奇，张强，
申请(专利权)人：大庆三宝环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23