一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)Fe

Preparation of hydrated iron oxide chitosan loaded graphene oxide aerogels

The invention discloses a preparation method of hydrated iron oxide chitosan loaded graphene oxide aerogel, which comprises the following steps: (1) Fe

【技术实现步骤摘要】
一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法
本专利技术属于石墨烯气凝胶制备
，特别涉及一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法。
技术介绍
砷铅等重金属具有严重的毒性，对生态环境中的水体和土壤造成严重污染，在人体内不断积累，将严重威胁人的健康。随着曾以牺牲环境为代价的社会经济的发展，其逐渐演变为我国多地严重的砷铅等重金属污染问题。目前，对其的处理方法主要是利用吸附剂上存在的活性位点或功能基团，与砷铅等重金属离子结合，使溶液中的砷铅离子吸附固定在吸附剂上，处理过程不需要再添加其它化学物质而产生有毒的二次污染；其吸附饱和后，可进行脱附再生，可重复循环使用，投资低、效率高和环境友好。但是，目前国内外工业上还未开发出吸附效果显著、可被实际广泛采用和成本低廉的砷铅等重金属吸附剂。张艺钟等在论文《壳聚糖负载水合氧化铁凝胶球的制备及As(Ⅲ)研究》中，报道了已研制出一种壳聚糖负载水合氧化铁凝胶球，壳聚糖作为骨架载体，水合氧化铁作为吸附剂，对三价砷铅具有较好的吸附能力，但是，其功能单一，只能处理含砷铅的废水，对于其他的重金属离子及有机染料等无法吸附，在生产应用中存在较大的局限性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低廉、工艺过程简单方便安全、易再生和绿色环保的一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯的气凝胶的制备方法。制备的气凝胶内部既保留有氧化石墨烯的片层状结构，又具有数量巨大的密集孔道，极大增加了其比表面积，能更好的吸附更多的重金属离子和有机物亚甲基蓝，大大提高水处理的质量。本专利技术以如下技术方案解决上述技术问题：一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)Fe3+/壳聚糖凝胶液的制备：按每0.10-0.30g的FeCl3固体加10-30ml去离子水混合搅拌至溶解；再添加0.2g-0.5g壳聚糖至上述FeCl3溶液中，搅拌至充分溶解；再添加浓度为2-6mg/ml的氧化石墨烯溶液4-20ml，然后用HCl调节pH值至1-4，形成凝胶液，置于磁力搅拌器搅拌6-11h；(2)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球或凝胶丝的制备：在蠕动泵的胶管上，装配内径0.06-3.0mm的注射针头或静电纺丝针头，将浓度为0.5-2mol/L的NaOH溶液放入蠕动泵中，边搅拌边从所述注射针头或静电纺丝针头滴入步骤(1)所得的凝胶液，泵的转速20-50L/min，制备得凝胶球或凝胶丝；(3)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球或凝胶丝的交联干燥：将步骤(2)所得的凝胶球或凝胶丝用去离子水反复过滤清洗；再放置于交联剂中，静置3-5h后取出，用去离子水反复清洗过滤；所述交联剂为质量浓度50％的戊二醛溶液每1-3ml加无水甲醇30-50ml混合而成；将清洗后的凝胶球或凝胶丝在温度-65℃冷冻干燥18-24h，即得水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶。所述步骤(1)磁力搅拌器的搅拌速度300-600r/min。还包括将所述步骤(3)得到的水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶粉碎为粉末状。本专利技术的优点：本专利技术在壳聚糖负载水合氧化铁的Fe3+/CS(壳聚糖)气凝胶基础上加入氧化石墨烯。氧化石墨烯是软性的二维分子层结构，与石墨烯相比，氧化石墨烯的每一片层结构均存在许多功能基团，例如羟基-OH和羧基-COOH等，还可横向扩展，对水中的重金属有良好的吸附性。氧化石墨烯(GO)，其可由浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应后，在边缘处为衍生羧酸基及在平面中心处主要为酚羟基和环氧基团的棕色石墨薄片，再经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，其易溶于水，形成稳定的单层氧化石墨烯悬浮液，呈金黄色，随着GO浓度的增加，其溶液颜色逐渐加深至棕色。氧化石墨烯GO对水中的重金属离子具有良好的吸附性能，但是，其制作成本较高，单独使用价格昂贵，且不具有实际意义。因此，本专利技术将其添加到水合氧化铁壳聚糖中，制备氧化石墨烯水合氧化铁的气凝胶，极大地提高气凝胶对水中重金属离子，以及对水中其他有机染料的吸附，提高水处理的质量。本专利技术的水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯的气凝胶内部既保留了氧化石墨烯的片层状结构，又具有数量巨大的密集孔道，孔道直径大约为2μm，极大增加了气凝胶比表面积，能更好的吸附更多的砷铅等重金属离子和有机物亚甲基蓝等，提高水处理的质量。本专利技术的方法工艺过程简单、绿色环保和易再生。用本专利技术的方法制备的气凝胶对水中的砷铅等重金属离子的去除率可达91.44％以上，对水中的有机物亚甲基蓝去除率可达98.95％以上。附图说明图1为本专利技术制备的气凝胶球的外观图。图2是本专利技术制备的气凝胶球的内部结构图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的具体实施方式作详细说明，但不构成对本专利技术权利要求保护范围的限制。实施例1：一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，步骤如下：(1)Fe3+/CS(壳聚糖)凝胶液的制备：称量0.10gFeCl3固体,搅拌溶解于10ml去离子水中；接着称量0.2gCS(壳聚糖)添加至上述的FeCl3溶液中，搅拌至其充分溶解混合；再添加入浓度为2mg/ml的氧化石墨烯GO溶液20ml，再接着用HCl调节其pH值至1，形成澄清透亮的凝胶液，置于磁力搅拌器搅拌6h，磁力搅拌器的转速是300r/min。(2)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶丝的制备：在蠕动泵的胶管上，装配内径0.06mm的静电纺丝针头，蠕动泵的转速为20L/min，将步骤(1)得到的凝胶液从所述针头滴入蠕动泵中不停搅拌的NaOH溶液，NaOH溶液浓度为0.5mol/L；制备得凝胶丝。(3)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶丝的交联干燥：将步骤(2)的凝胶丝从NaOH溶液中取出，用去离子水反复过滤清洗；再放置于交联剂中，静置3h后取出，用去离子水反复清洗过滤；所述交联剂为质量浓度50％的戊二醛溶液1ml与无水甲醇30ml混合而成；将洗净的凝胶丝放入冷冻干燥器进行冷冻干燥18h，温度-65℃，取出得到的黄褐色水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯干燥凝胶丝。(4)用本实施例的方法制备的气凝胶对水中的砷铅等重金属离子的去除率可达99.02％以上，对水中的有机物亚甲基蓝去除率可达99.13％以上。实施例2：一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，步骤如下：(1)Fe3+/CS(壳聚糖)凝胶液的制备：称量0.15gFeCl3固体,搅拌溶解于18ml去离子水中；接着称量0.22gCS(壳聚糖)添加至上述的FeCl3溶液中，搅拌至其充分溶解混合；再添加入浓度为3mg/ml的氧化石墨烯GO溶液14ml，再接着用HCl调节其pH值至1.5，形成澄清透亮的凝胶液，置于磁力搅拌器搅拌7h，磁力搅拌器的转速是430r/min。(2)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球的制备：在蠕动泵的胶管上，装配内径0.1mm的针头，蠕动泵的转速为25L/min，将步骤(1)得到的凝胶液从所述针头滴入蠕动泵中不停搅拌的NaOH溶液，NaOH溶液浓度为0.8mol/L；制备得凝胶球。(3)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球的交联干燥：将步骤(2)的凝胶球从NaOH溶液中取出，用去离子水反复过滤清洗；再放置于交联剂中，静置2.5h后取出，用去离子水反复清洗过滤；所述交联剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)Fe3+/壳聚糖凝胶液的制备：按每0.10‑0.30g的FeCl3固体加10‑30ml去离子水混合搅拌至溶解；再添加0.2g‑0.5g壳聚糖至上述FeCl3溶液中，搅拌至充分溶解；再添加浓度为2‑6mg/ml的氧化石墨烯溶液4‑20ml，然后用HCl调节pH值至1‑4，形成凝胶液，置于磁力搅拌器搅拌6‑11h；(2)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球或凝胶丝的制备：在蠕动泵的胶管上，装配内径0.06‑3.0mm的注射针头或静电纺丝针头，将浓度为0.5‑2mol/L的NaOH溶液放入蠕动泵中，边搅拌边从所述注射针头或静电纺丝针头滴入步骤(1)所得的凝胶液，泵的转速20‑50L/min，制备得凝胶球或凝胶丝；(3)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球或凝胶丝的交联干燥：将步骤(2)所得的凝胶球或凝胶丝用去离子水反复过滤清洗；再放置于交联剂中，静置3‑5h后取出，用去离子水反复清洗过滤；所述交联剂为质量浓度50％的戊二醛溶液每1‑3ml加无水甲醇30‑50ml混合而成；将清洗后的凝胶球或凝胶丝在温度‑65℃冷冻干燥18‑24h，即得所述水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶。...

【技术特征摘要】
1.一种水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)Fe3+/壳聚糖凝胶液的制备：按每0.10-0.30g的FeCl3固体加10-30ml去离子水混合搅拌至溶解；再添加0.2g-0.5g壳聚糖至上述FeCl3溶液中，搅拌至充分溶解；再添加浓度为2-6mg/ml的氧化石墨烯溶液4-20ml，然后用HCl调节pH值至1-4，形成凝胶液，置于磁力搅拌器搅拌6-11h；(2)水合氧化铁壳聚糖负载氧化石墨烯凝胶球或凝胶丝的制备：在蠕动泵的胶管上，装配内径0.06-3.0mm的注射针头或静电纺丝针头，将浓度为0.5-2mol/L的NaOH溶液放入蠕动泵中，边搅拌边从所述注射针头或静电纺丝针头滴入步骤(1)所得的凝胶液，泵的转速20-50L/min，制备得凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢朝霞，韦仁，蒙志锋，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45