一种巯基化石墨烯气凝胶及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种巯基化石墨烯气凝胶，所述巯基化石墨烯气凝胶吸附剂是以氧化石墨烯和硫氢化物为原料，反应得到巯基化石墨烯水凝胶，然后干燥所得。本发明专利技术还提供了上述巯基化石墨烯气凝胶的制备方法和在制备重金属离子吸附剂中的用途。该巯基化石墨烯气凝胶具有互连的网络结构，较大的比表面积，以及丰富的活性吸附位点，其对铜离子的吸附能力显著提高。本发明专利技术的巯基化石墨烯气凝胶在制备工业废水中去除重金属离子的高效吸附剂中具有非常好的应用前景。

Sulfhydryl graphene aerogel and preparation method and use thereof

【技术实现步骤摘要】
一种巯基化石墨烯气凝胶及其制备方法和用途
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种巯基化石墨烯气凝胶及其制备方法和用途。
技术介绍
近几十年来，随着经济和社会的快速发展，人类活动越来越多地干扰着环境，造成严重的环境污染。作为工业废水中的主要污染物，重金属元素难以降解，且具有高毒性。它们不仅会破坏水生环境，而且还有可能通过食物链危害水生生物和人类健康。其中，铜是生物体中必需的微量元素之一，涉及生物的代谢过程。然而，地表水和地下水中过量的铜离子将对人类健康和其他生物构成严重威胁。鉴于此，迫切需要开发具有成本效益且高性能的吸附剂，以高效去除废水中过多的铜离子。截至目前，大量研究人员致力于净化含重金属离子的污染水，以及各种相应的废水处理方法，如吸附，离子交换，膜分离，絮凝凝固和化学沉淀等方法。目前，吸附法已被认为是处理含重金属离子污染水的最有效方法之一，这归因于其适应性广，效率高，价格低廉等特点。因此，已有多种吸附剂，如壳聚糖、活性炭、二氧化硅、沸石、颗粒状活性炭和碳基材料，被广泛研究用于去除水溶液中的重金属污染物。石墨烯和石墨烯基纳米材料作为一类新型的碳基吸附材料，具有极大的比表面积，高机械强度和可行的化学改性能力，因此已成为从废水溶液中去除重金属的高性能吸附剂。此外，氧化石墨烯上丰富的含氧官能团有利于为石墨烯气凝胶提供更多的修饰位点，从而引进氮、硫等无机元素，以提高石墨烯气凝胶的吸附能力，故而在重金属去除领域具有更广阔的应用前景。中国专利申请CN106179277A公开了一种巯基化氧化石墨烯/聚乙烯醇大孔复合球吸附剂及其制备方法和应用。其首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨，通过超声剥离得到氧化石墨烯，以4-氨基苯硫酚共价修饰制备巯基化氧化石墨烯，将巯基化氧化石墨烯包埋于聚乙烯醇，制备出了一种巯基化氧化石墨烯/聚乙烯醇大孔复合球吸附剂。该专利申请中的大孔复合球吸附剂中引入巯基，降低了水溶性，易于固液分离，并且提升了产物对污染物的吸附能力。但是，该申请以4-氨基苯硫酚为原料，制备成本较高，而且，该大孔复合球吸附剂对重金属离子的吸附能力(最大吸附量为88.90mg/g)还不能满足需求，有待进一步提高。因此，制备出一种制备成本更低、对重金属离子的吸附能力更佳的吸附剂具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备成本更低、对重金属离子的吸附能力更佳的巯基化石墨烯气凝胶吸附剂及其制备方法。本专利技术提供了一种巯基化石墨烯气凝胶，所述巯基化石墨烯气凝胶吸附剂是以氧化石墨烯和硫氢化物为原料，反应得到巯基化石墨烯水凝胶，然后干燥所得。进一步地，所述硫氢化物为硫氢化钠。进一步地，所述氧化石墨烯和硫氢化物的质量比为(1～5)：1，优选为2：1。本专利技术还提供了上述巯基化石墨烯气凝胶的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯加入水中，分散，得氧化石墨烯分散液；将硫氢化物溶于水中，得硫氢化物水溶液；(2)将步骤(1)所得硫氢化物水溶液加入到氧化石墨烯分散液中，反应，得到巯基化石墨烯水凝胶；(3)将步骤(2)所得巯基化石墨烯水凝胶干燥，得到巯基化石墨烯气凝胶。进一步地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为4-6mg/mL，优选为6mg/mL；所述硫氢化物水溶液的浓度为0.10～0.20mg/mL，优选为0.15mg/mL；和/或，步骤(2)中，所述反应的条件为：真空状态下于55-85℃反应5-20小时，优选地，所述反应的条件为：真空状态下于65℃反应7小时；和/或，步骤(3)中，所述干燥的方法为冷冻干燥，优选地，所述冷冻干燥的温度为-40℃以下，时间为48-60小时。进一步地，步骤(2)中，所述反应结束后，还包括以下提纯步骤：将反应后的体系移入装有乙醇水溶液的容器中，在乙醇水溶液中浸泡，去除体系中未反应完的硫氢化物；优选地，所述浸泡时间为48小时，期间每间隔4小时更换一次乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇的体积为20％。本专利技术还提供了上述巯基化石墨烯气凝胶在制备重金属离子吸附剂中的用途。进一步地，所述重金属离子为Cu2+。进一步地，所述重金属离子吸附剂的使用剂量为每50mL重金属离子溶液7-30mg；所述重金属离子溶液的浓度为50-550mg/L；所述重金属离子溶液的pH为1.5-5.5。进一步地，所述重金属离子吸附剂的使用剂量为每50mL重金属离子溶液7mg；所述重金属离子溶液的浓度为50mg/L；所述重金属离子溶液的pH为5.5。实验结果表明，本专利技术的巯基化石墨烯气凝胶具有互连的网络结构，较大的比表面积，以及丰富的活性吸附位点(包括剩余的含氧官能团以及接枝上的巯基基团)，其对铜离子的最大吸附容量高达421.21mg/g，比不含巯基基团的石墨烯气凝胶提高了433.18％。同时，本专利技术的巯基化石墨烯气凝胶与铜离子络合后，水溶性极低，有利于吸附后的固液分离，提高了其使用价值。本专利技术的制备工艺简单，原料便宜易得、实验条件温和且安全可控，制备得到的巯基化石墨烯气凝胶对水溶液中的铜离子有着优异的吸附能力，可作为工业废水中去除重金属离子的一种新型高效吸附剂。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1是巯基化石墨烯气凝胶(TFGA)的制备工艺路线。图2是TFGA-1的SEM图。图3是GO和TFGA-1的红外光谱图。图4是TFGA-1的S2p谱图。图5是不同TFGA用量下TFGA对铜离子的吸附容量变化图。图6是不同pH条件下TFGA对铜离子的吸附容量变化图。图7是不同铜离子浓度下TFGA对铜离子的吸附容量变化图。具体实施方式本专利技术所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。按照图1所示的制备工艺路线，制得本专利技术的巯基化石墨烯气凝胶TFGA。实施例1巯基化石墨烯气凝胶(TFGA-1)的制备在室温下将0.6g氧化石墨粉末(GO，购买于常州第六元素材料科技股份有限公司)加入去离子水中，磁力搅拌均匀后，得到氧化石墨烯胶体悬浮液；将氧化石墨烯胶体悬浮液超声1小时，形成均匀稳定的6mg/mL的氧化石墨烯分散液。将0.3g硫氢化钠溶解于2mL去离子水中，得到硫氢化钠水溶液，边搅拌边将硫氢化钠水溶液缓慢滴加到装有氧化石墨烯分散液的样品瓶中，得混合物，然后将装有混合物的样品瓶转移到65℃的真空干燥箱中，反应7小时后得到巯基化石墨烯水凝胶。将得到的巯基化石墨烯水凝胶转移至大烧杯中，然后将其移入乙醇水溶液(其中乙醇体积占20％)，使巯基化石墨烯水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巯基化石墨烯气凝胶，其特征在于：所述巯基化石墨烯气凝胶吸附剂是以氧化石墨烯和硫氢化物为原料，反应得到巯基化石墨烯水凝胶，然后干燥所得。/n

【技术特征摘要】
1.一种巯基化石墨烯气凝胶，其特征在于：所述巯基化石墨烯气凝胶吸附剂是以氧化石墨烯和硫氢化物为原料，反应得到巯基化石墨烯水凝胶，然后干燥所得。


2.根据权利要求1所述的巯基化石墨烯气凝胶，其特征在于：所述硫氢化物为硫氢化钠。


3.根据权利要求1或2所述的巯基化石墨烯气凝胶，其特征在于：所述氧化石墨烯和硫氢化物的质量比为(1～5)：1，优选为2：1。


4.权利要求1-3任一项所述巯基化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯加入水中，分散，得氧化石墨烯分散液；将硫氢化物溶于水中，得硫氢化物水溶液；
(2)将步骤(1)所得硫氢化物水溶液加入到氧化石墨烯分散液中，反应，得到巯基化石墨烯水凝胶；
(3)将步骤(2)所得巯基化石墨烯水凝胶干燥，得到巯基化石墨烯气凝胶。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为4-6mg/mL，优选为6mg/mL；所述硫氢化物水溶液的浓度为0.10～0.20mg/mL，优选为0.15mg/mL；
和/或，步骤(2)中，所述反应的条件为：真空状态下于55-85℃反应5-20小时，优选地，所述反应的条件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建军，吴宏，李洁，
申请(专利权)人：无锡市惠山区川大石墨烯应用研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32