纳米杂化材料的制备及其用途制造技术

本发明专利技术提供纳米杂化材料的制备及其用途，属于水处理技术领域，上述纳米杂化材料的制备包括以下步骤：利用3‑O‑甲基没食子酸修饰GO得rGO；通过化学共沉淀法将MnFe2O4复合材料包覆在rGO片层上，制得rGO基复合材料；将rGO基复合材料和纤维原料混合后静电纺丝，即得纳米杂化材料。该纳米杂化材料可用于污水处理中。本发明专利技术纳米杂化材料的制备方法在还原GO同时实现没食子酸对石墨烯的改性，使纳米粒子在rGO表面均匀分散包覆在rGO片层上的抗氧化活性和稳定性佳，制得的纳米杂化材料能有效吸附污水中的重金属离子，具有较强的抗污染性能，能够避免在有机污染和生物污染。

Preparation and Application of Nano Hybrid Materials

【技术实现步骤摘要】
纳米杂化材料的制备及其用途
本专利技术属于水处理
，具体涉及纳米杂化材料的制备及其用途。
技术介绍
近年来，随之工业化及城市化的发展，重金属离子污染对环境和人体键康产生巨大的威胁，因此，重金属离子污染引起了人们广泛的关注。一些重金属离子，比如铅离子、砷离子、铬离子、汞离子等，在天然饮用水域中超出了世界卫生组织允许的标准。而在这些重金属离子中，铅离子作为一种常见的地下水污染物，由于其能够模仿其他生物金属离子(如钙、铁、锌)的毒性，严重的威胁着人类健康。因此，找到能够有效的从污水中除去重金属离子的方法成为当今治理环境问题的一大重要任务。传统的重金属离子去除技术包括化学沉淀法、电－膜分离、离子交换、萃取及吸附。与其他重金属离子去除方法相比，吸附法由于其操作方便、效率高且经济，尤其是低浓度去除效果显著，所以被认为是最具有实际应用价值的方法。吸附法最主要的是寻找合适的吸附剂，到目前为止，制备出了多种多样的吸附剂，比如碳材料、沸石、活化的硫酸盐、金属氧化物及改性的聚合物材料等。在这些吸附剂中，尤其是纳米金属氧化物备受青睐。因为它们制备过程简单，成本效益的高，与其他物质有很强的亲和力。而且与大尺寸材料相比，纳米吸附剂更适合重金属离子的去除。原因是具有髙的比表面积，孔隙大小可控分布，促进传质和较多的表面活性位点等优点虽然不同类型的纳米金属氧化物吸附剂，包括纳米氧化铁，氧化锰，氧化钛，氧化铈己经制备成功并应用与重金属离子去，但是仍存在许多缺点限制了其在生活中广泛应用。一方面，纳米粒子易于团聚，减少了有效面积，降低了对重金属的吸附性能。另一方面，纳米颗粒的后续分离问题是面临的另一个挑战。因此，制备出可抑制团聚并且后处理简单的纳米级吸附剂成为研究的热点。授权公告号为CN103752263B的专利技术公开了一种纳米凹凸棒石吸附剂的制备方法，搅拌条件下将凹凸棒石黏土按固液比1:25-300分散溶剂中，在高压反应釜中120～200℃反应48～120h，离心分离，洗涤后干燥，得到具有高吸附容量的纳米凹凸棒石吸附剂，可应用于饲料霉菌毒素、重金属离子和阳离子染料的吸附。授权公告号为CN103623770B的专利技术公开了一种利用磁性纳米氯磷灰石吸附剂去除废水中重金属的方法，方法操作简单、重金属去除率高、成本低廉且清洁无污染，对环境无毒害作用。授权公告号为CN105948157B的专利技术公开非晶态金属氧化物吸附剂作为有毒Cr6+离子吸附剂用于吸附水中的有毒Cr6+离子。授权公告号为CN103920449B的专利技术公开的吸附剂具有由厚度2～3纳米的薄片自组装而成的、且大小700纳米的纳米薄膜分级层状结构，用于去除酸性介质中重金属离子效果好，应用前景广阔。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种在还原GO同时实现没食子酸对石墨烯的改性，使纳米粒子在rGO表面均匀分散包覆在rGO片层上的抗氧化活性和稳定性佳的纳米杂化材料的制备，制得的纳米杂化材料能有效吸附污水中的重金属离子，具有较强的抗污染性能，能够避免在有机污染和生物污染。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：纳米杂化材料的制备，包括以下步骤：利用3-O-甲基没食子酸修饰GO得rGO；通过化学共沉淀法将MnFe2O4复合材料包覆在rGO片层上，制得rGO基复合材料；将rGO基复合材料和纤维原料混合后静电纺丝，即得纳米杂化材料。本专利技术制备方法用3-O-甲基没食子酸在还原GO同时实现3-O-甲基没食子酸对石墨烯的改性，能够显著改善石墨烯片层的堆叠现象和亲油性，得到在有机溶剂、聚合物等中分散性良好、不易沉降的rGO，具体原因如下：首先，3-O-甲基没食子酸分子中含有两个活泼的酚羟基，酚羟基具有还原作用，可与GO表面的含氧基团形成氢键，在不影响其亲水性能下得到在有机溶剂和聚合物等中分散性良好、不易沉降的rGO，进而使得到的rGO基复合材料能够均匀分散在静电纺丝液中，从而保证了静电纺丝的顺利进行以及所得纳米杂化材料中rGO基复合材料的分散均匀性，进而提高纳米杂化材料的性能；其次，3-O-甲基没食子酸中的两个活泼的酚羟基还可通过强配位作用与金属离子形成金属配合物，克服金属纳米粒子易团聚的缺陷，进而使纳米粒子能够均匀地包覆在rGO片层上，最终提高所得纳米杂化材料的性能；再次，3-O-甲基没食子酸中的酚羟基能提高rGO片层上的酚羟基量，使纳米杂化材料表面更容易与水分子以氢键的形式结合而阻止大分子物质在表面的沉积，从而减缓了大分子物质对膜孔的堵塞，提高纳米杂化材料的抗污染性能，且还能协助提高纳米杂化材料的抑菌性和抗生物污染性能；最后，3-O-甲基没食子酸分子中的芳香环还能够与石墨烯片以π-π作用相结合，显著改善石墨烯片层的堆叠现象，且能够提高rGO基复合材料在GO表面的包覆效果，增加所制rGO基复合材料的表面积，提高纳米杂化材料的吸附性能。本专利技术制备方法得到的rGO表面带有丰富的负电荷，能够通过静电作用吸附带正电荷的金属离子，并以此为成核点成核生长；同时，金属纳米粒子由于高的表面能容易团聚，而rGO相当于一个支撑基底，将纳米离子负载在rGO的层间，不仅克服纳米粒子易团聚的缺陷，使纳米粒子在rGO表面均匀分散包覆在rGO片层上，防止纳米粒子团聚，而且纳米粒子能够支撑rGO的层结构，拓宽了二维通道结构，更有利于流体的渗透，提高吸附性能。本专利技术制得的纳米杂化材料不仅能通过离子交换和络合作用有效吸附污水中的重金属离子，而且能去除有机染料，此外，还具有较强的抗污染性能，能够避免在有机污染和生物污染，在水处理方面具有潜在应用价值。作为优选，纤维原料选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯或聚砜。静电纺丝制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、介孔结构适当、形貌可控等优点，可作为吸附剂，提供更多的活性位点；此外，纳米纤维成膜化，使吸附后处理简单经济，而且避免了造成二次污染。聚丙烯腈耐水解、抗氧化性强而被用于超滤膜的制备；聚偏氟乙烯具有高机械强度、优良的化学稳定性、热稳定性及良好的成膜性能；聚砜具有良好的热稳定性、高机械强度、优良的酸碱稳定性而被用于超滤膜的制备。作为优选，制备具体包括如下步骤：S1步骤：将GO分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散后加入3-O-甲基没食子酸，继续超声10-30min，然后在氮气保护下加热至100-120℃，搅拌反应20-30h，过滤，用无水乙醇洗涤3-5次，干燥，得rGO；S2步骤：将铁盐、锰盐和rGO散于20-50％DMF中，在70-90℃下搅拌1-2h，然后用8M的氢氧化钠溶液调节pH至10.0-12.0，反应5-10min后，冷却到室温，用无水乙醇洗涤3-5次，去除没有反应掉的离子，即得rGO基复合材料；S3步骤：将rGO基复合材料、纤维原料加入DMF中，在50-70℃下超声波处理10-15h，然后静电纺丝得纳米杂化材料。更为优选，S1步骤中GO和3-O-甲基没食子酸的重量比为1:5-20。更为优选，S2步骤中铁盐为六水合氯化铁，或不含结晶水的氯化铁、硫酸铁、硝酸铁。更为优选，S2步骤中锰盐为一水合硫酸锰，四水合氯化锰，或不含结晶水的氯化锰、硫酸锰、硝酸锰。更为优选，S3步骤中rGO基复合材料和纤维原料的重量比为0.05-1.0:100。本专利技术的一个目的在于提供一种纳米杂化材料。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米杂化材料的制备，其特征在于：包括以下步骤：利用3‑O‑甲基没食子酸修饰GO得rGO；通过化学共沉淀法将MnFe2O4复合材料包覆在rGO片层上，制得rGO基复合材料；将所述rGO基复合材料和纤维原料混合后静电纺丝，即得纳米杂化材料。

【技术特征摘要】
1.纳米杂化材料的制备，其特征在于：包括以下步骤：利用3-O-甲基没食子酸修饰GO得rGO；通过化学共沉淀法将MnFe2O4复合材料包覆在rGO片层上，制得rGO基复合材料；将所述rGO基复合材料和纤维原料混合后静电纺丝，即得纳米杂化材料。2.根据权利要求1所述的纳米杂化材料的制备，其特征在于：所述的纤维原料选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯或聚砜。3.根据权利要求1或2所述的纳米杂化材料的制备，其特征在于：所述的制备具体包括如下步骤：S1步骤：将GO分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散后加入3-O-甲基没食子酸，继续超声10-30min，然后在氮气保护下加热至100-120℃，搅拌反应20-30h，过滤，用无水乙醇洗涤3-5次，干燥，得rGO；S2步骤：将铁盐、锰盐和rGO散于20-50％DMF中，在70-90℃下搅拌1-2h，然后用8M的氢氧化钠溶液调节pH至10.0-12.0，反应5-10min后，冷却到室温，用无水乙醇洗涤3-5次，去除没有反应掉的离子，即得rGO基复合材料；S3步骤：将r...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾霖，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33