去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种去除水体染料污染的磁性氧化铁‑石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用。将氧化石墨烯分散于去离子水中，将其加入氯化铁和柠檬酸钠混合溶液中充分混合，调节pH至9～11，转移到反应釜中中进行水热反应，制备得到γ‑Fe

Magnetic iron oxide graphene nanocomposites for removal of dye pollution in water and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于水污染控制
，涉及水污染控制中磁性氧化铁石墨烯纳米复合材料的制备，尤其是涉及一种去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯(γ-Fe2O3@rGO)纳米复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
我国印染工业发达，每年纺织废水的排放量约为2.37×109t。在过去的几十年里，人们研究了许多处理印染废水的方法，主要分为化学、生物、物理几大类。化学方法主要有氧化法、离子交换法、电化学沉积法。但是这些方法条件控制过程繁琐、成本较大、易造成二次污染。生物法相对来说成本较低、造成二次污染的可能性较小，但是一种真菌或细菌只能取出一种污染物，因此不能大规模使用。物理法主要包括混凝沉淀、吸附、过滤和磁分离。混凝沉淀对分散染料有较好的去除效果，但对活性以及还原性染料去除效果一般，且容易产生大量污泥，造成二次污染。过滤主要为膜过滤，可以很好地降低污水的COD、BOD和色度，但是处理效果受污水组成和温度的影响，初期投资成本高，膜易受污染，而且不能去除水溶性物质，需要二次处理。磁分离技术是借助电磁力相互作用对不同磁性强弱物质进行吸附、分离，达到降低污染物含量的目的，但此技术目前还处于研究阶段，未广泛使用。吸附较其他几种方法来说，对于不同种类的染料有更好的去除效果。因此，在众多方法中，吸附方法操作简单、且可同时处理大多数污染物，是较为理想的方法。但是现阶段使用的吸附剂或使用成本较高、产生污泥较多，或不能再生利用，极大限制了其推广使用。专利技术内容本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种去除水体染料污染的γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术一方面提供一种去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的制备方法，氧化石墨烯分散于去离子水中，然后加入氯化铁和柠檬酸钠混合溶液中搅拌均匀，调节pH至9～11，然后转入水热反应釜中进行水热反应，制备得到γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料，即为所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料。优选地，该方法包括以下步骤：S1：将氧化石墨烯分散于去离子水中，形成悬浊液，超声处理，得到氧化石墨烯水溶液；S2：配制氯化铁和柠檬酸钠混合溶液，混合均匀后，加入氧化石墨烯水溶液在超声条件下将使溶液混匀；S3：在步骤S2超声处理过程中，用碱溶液调节使最终溶液pH至9～11，然后继续超声处理；S4：转移至水热反应釜中进行水热反应，生成γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料，反应完成后，取出并自然冷却至室温；S5：采用磁性分离方法将γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料从溶液中分离，并清洗、干燥，得到所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料。优选地，步骤S1中的氧化石墨烯采用hummers方法制得，将石墨、浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾混合，进行反应，控制反应依次经过低温阶段、中温阶段和高温阶段制得所述的氧化石墨烯。进一步优选地，氧化石墨烯(GO)的制备采用hummers方法。在冰水浴条件下，向干燥的烧杯中加入浓硫酸(质量分数>98％)、石墨和硝酸钠并混合均匀，保持搅拌缓慢加入高锰酸钾，并且控制温度不超过20℃，此过程为低温阶段。控制系统温度为35±3℃，保持30min，即完成中温阶段。最后高温阶段需在搅拌过程中加入适量温水，控制反应温度为100℃左右，保持15min，用去离子水稀释溶液至1L，加入适量过氧化氢至溶液无色，趁热过滤，滤饼用去离子水多次清洗，最后所得固体分散在1L水中保存备用。优选地，氯化铁和柠檬酸钠混合溶液中氯化铁与柠檬酸钠的质量比为7～8:1。优选地，氧化石墨烯与氯化铁的质量之比为1:30～40。优选地，步骤S3中，调节pH使用的碱溶液为5mol·L-1的NaOH溶液，调节最终溶液pH至10；调节pH前后的超声时间均为30min。优选地，步骤S4中，水热反应的条件为180℃下反应10h。优选地，步骤S5中，清洗采用去离子水和酒精反复清洗；干燥是在40℃真空干燥箱中干燥24h。本专利技术第二方面提供所述的制备方法得到的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料。去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯(γ-Fe2O3@rGO)纳米复合材料中，γ-Fe2O3粒子均匀分布在GO表面，并且粒径一般在20-30nm之间。因γ-Fe2O3带有磁性，磁性纳米粒子防止氧化石墨烯材料的凝聚，因此该复合材料具有更大的比表面积，而且磁性使得容易回收再利用。本专利技术第三方面提供所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的应用，将其用于印染废水污染物的吸附，并利用外加磁场进行回收。优选地，印染废水的pH值为6，印染废水中污染物的初始浓度为100mg·L-1，该纳米复合材料在印染废水中的投加量为1.00g·L-1。铁氧化物纳米粒子，具有较大的比表面积、对环境友好，制备成本低，并且γ-Fe2O3、Fe3O4之类铁氧化物具有磁性，因此石墨烯材料表面或者层间插入制备的磁性铁氧化物纳米粒子形成的石墨烯基磁性氧化铁纳米复合材料，兼具石墨烯和磁性铁氧化物纳米粒子的固有特性，磁性铁氧化物纳米粒子的存在不但可以阻止石墨烯的团聚，而且复合材料因其存在具有磁性，便于分离、回收再利用。另外石墨烯基材料也可以防止了纳米粒子的凝聚。使复合材料具有更大的比表面积，且具有回收再利用的必要性及可行性。与现有技术相比，本专利技术γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料中γ-Fe2O3均匀分布在GO表面，且γ-Fe2O3与GO形成的夹层复合结构有利于保持材料的稳定性，兼具了石墨烯和磁性铁氧化物纳米粒子的固有特性，使复合材料具有更大的比表面积，更好的吸附性能且具有回收再利用的必要性及可行性。附图说明图1为透射电子显微镜下对实施例1制得的γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料的分析表征图；图2为实施例1制得的γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料XRD测试结果图；图3为pH对甲基橙吸附实验的影响；图4为吸附剂投加量对甲基橙去除效果的影响；图5为甲基橙初始浓度对甲基橙去除效果的影响；图6为不同甲基橙浓度下复合材料的吸附量变化。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1(1)将0.0375g氧化石墨烯(GO)溶于15ml去离子水中进行超声，使GO充分分散于去离子水中。(2)按照氧化石墨烯与氯化铁的质量之比为1:30～40称取氯化铁(本实施例中称取1.352g氯化铁)，按照氯化铁与柠檬酸钠的质量比为7～8:1称取柠檬酸钠(本实施例中称取0.1837g柠檬酸钠)，将1.352g氯化铁和0.1837g柠檬酸钠混合，配制成5ml混合溶液。(3)在超声条件下，将GO混合溶液缓慢滴入混合溶液中。(4)超声30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯分散于去离子水中，然后加入氯化铁和柠檬酸钠混合溶液中搅拌均匀，调节pH至9～11，然后转入水热反应釜中进行水热反应，制备得到γ-Fe

【技术特征摘要】
1.一种去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯分散于去离子水中，然后加入氯化铁和柠檬酸钠混合溶液中搅拌均匀，调节pH至9～11，然后转入水热反应釜中进行水热反应，制备得到γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料，即为所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：将氧化石墨烯分散于去离子水中，形成悬浊液，超声处理，得到氧化石墨烯水溶液；
S2：配制氯化铁和柠檬酸钠混合溶液，混合均匀后，加入氧化石墨烯水溶液在超声条件下将使溶液混匀；
S3：在步骤S2超声处理过程中，用碱溶液调节使最终溶液pH至9～11，然后继续超声处理；
S4：转移至水热反应釜中进行水热反应，生成γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料，反应完成后，取出并自然冷却至室温；
S5：采用磁性分离方法将γ-Fe2O3@rGO纳米复合材料从溶液中分离，并清洗、干燥，得到所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料。


3.根据权利要求1或2所述的去除水体染料污染的磁性氧化铁-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中的氧化石墨烯采用hummers方法制得，将石墨、浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾混合，进行反应，控制反应依次经过低温阶段、中温阶段和高温阶段制得所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱荣，李季，郭婕，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31