一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及污水处理技术领域，且公开了一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，在聚苯乙烯微球的作用下，提高氧化石墨烯的孔道结构，增加比表面积，再放入混酸中，多孔石墨烯发生氧化，得到羧基丰富的氧化石墨烯，经过氯化亚砜的改性处理，其表面引入大量的酰氯基团，在催化剂作用下，吡咯、3‑氯丙胺盐酸盐反应生成1‑(2‑氨乙基)吡咯烷，增加吡咯单体上的氨基数量，在FeCl

【技术实现步骤摘要】
一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料及其制法
本专利技术涉及污水处理
，具体为一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料及其制法。
技术介绍
在自然界中，重金属铬主要以Cr3+和Cr6+的形式存在，其中Cr3+人体必需的微量元素之一，Cr6+的毒性远大于Cr3+的毒性，可以引起人体的健康问题，如糜烂性鼻炎、铬性皮炎及湿疹，而且对人体的造血功能产生影响，进而诱发胃肠癌等严重疾病，危害人的生命安全。在我国的工业生产中，每年都会产生大量含重金属铬的废水，据《环境统计年报》统计，2015年工业废水中排放的Cr6+有23.5吨，于是，采取合适的方法去除工业废水中的Cr6+是非常必要的，有利于保护环境和人体的健康。氧化石墨烯是一种单原子层、蜂窝状的二维碳材料，其片层之间有很强的范德华力，易导致片层的团聚，降低孔道结构，比表面积减少，从而影响其吸附能力，另一方面，聚吡咯是一种由吡咯单体经过氧化得到的表面带有正电荷的氨基，而且具有还原性，对于Cr6+有着良好的去除效果，但是聚吡咯自身的氨基基团有限，限制了Cr6+的吸附能力，因此我们采用吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的方式弥补这个缺点。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料及其制法，解决了氧化石墨烯类吸附材料吸附能力较差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，所述吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料制备方法如下：(1)向烧杯中加入去离子水，再加入氧化石墨烯，超声分散均匀后，加入聚苯乙烯微球，置于磁力搅拌装置中搅拌2-6h，再通入液氮氛围急速冷冻，再通过冷冻干燥除去溶剂，得到氧化石墨烯/聚苯乙烯微球复合物，再置于管式炉中，在氮气气氛下，480-550℃热处理1-3h，得到多孔石墨烯；(2)向烧杯中加入混酸，再加入多孔石墨烯，超声分散均匀后，在60-80℃下搅拌6-18h后，加入去离子水稀释，静置12-36h，过滤并用去离子水洗净后放入真空干燥箱干燥，得到羧基化石墨烯；(3)向烧杯中加入乙腈，再加入NaOH、四丁基硫酸氢铵，其中NaOH、四丁基硫酸氢铵的物质的量比为100:1-3，置于超声装置中10-30min使其分散均匀，再加入吡咯、3-氯丙胺盐酸盐，其中吡咯、3-氯丙胺盐酸盐的物质的量比为100:80-120，在70-90℃、氮气气氛下，反应12-36h，再加入去离子水和乙醚进行萃取纯化，干燥得到1-(2-氨乙基)吡咯烷；(4)向烧杯中加入无水N,N-二甲基甲酰胺，加入羧基化石墨烯，置于超声装置中10-30min使其分散均匀，再加入氯化亚砜，置于冰浴中搅拌1-3h后，减压蒸馏去除氯化亚砜，之后加入1-(2-氨乙基)吡咯烷和吡咯，在0-5℃下搅拌20-40min，再加入三氯化铁，继续在-5至5℃下搅拌4-8h，洗涤、过滤并干燥，得到吡咯共聚物接枝多孔石墨烯。优选的，所述步骤(1)中磁力搅拌装置包括主体，主体的底部活动连接有对称的四个支脚，主体的右侧活动连接有电机，主体的中间活动连接有对称的两个限位块，限位块的中间活动连接有弹簧滚轴，主体的中间活动连接有转轴，转轴的顶部活动连接有齿轮，主体的左侧活动连接有控制模块，主体的中间活动连接有转速调节装置。优选的，所述步骤(1)中氧化石墨烯、聚苯乙烯微球的质量比为100:80-120。优选的，所述步骤(2)中混酸为浓硫酸、浓硝酸按照体积比为2-4:1的比例配置的。优选的，所述步骤(2)中羧基化石墨烯表面的羧基含量为5-9％。优选的，所述步骤(4)中羧基化石墨烯、氯化亚砜、1-(2-氨乙基)吡咯烷、吡咯、三氯化铁的质量比为2.5-5:1000-1200:50-75:100:60-110。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，氧化石墨烯与聚苯乙烯微球在去离子水中分散均匀，经冷冻干燥、氮气气氛下热处理，得到多孔石墨烯，提高了孔道结构，增大了比表面积，有利于吸附Cr6+，将多孔石墨烯置于混酸中进行处理，多孔石墨烯发生氧化，得到羧基化石墨烯，大大增加其表面的羧基含量，有利于与氯化亚砜形成丰富的酰氯基团，通过亲电取代反应，加速与吡咯和1-(2-氨乙基)吡咯烷形成酰胺键，使吡咯共聚物在石墨烯表面原位聚合，得到化学共价接枝多孔石墨烯。该一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，吡咯共聚物接枝多孔石墨烯含有大量的氨基和亚氨基基团数量，在酸性条件下，形成大量的氮正离子，有利于吸附Cr2O72-等阴离子污染物，提高了对Cr6+的吸附能力，同时在强酸条件下，吡咯共聚物接枝多孔石墨烯中的氨基会提供孤对电子，使毒性较大的Cr6+会得到电子而发生还原反应，生成毒性较小的Cr3+离子，大大降低毒性Cr6+的含量。附图说明图1是磁力搅拌装置正面剖视示意图；图2是磁力搅拌装置侧面剖视示意图；图3是磁力搅拌装置正面示意图。1、主体；2、支脚；3、电机；4、限位块；5、弹簧滚轴；6、转轴；7、齿轮；8、控制模块；9、转速调节按钮；具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，所述吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料制备方法如下：(1)向烧杯中加入去离子水，再加入氧化石墨烯，超声分散均匀后，加入聚苯乙烯微球，其中氧化石墨烯、聚苯乙烯微球的质量比为100:80-120，置于磁力搅拌装置中搅拌2-6h，磁力搅拌装置包括主体，主体的底部活动连接有对称的四个支脚，主体的右侧活动连接有电机，主体的中间活动连接有对称的两个限位块，限位块的中间活动连接有弹簧滚轴，主体的中间活动连接有转轴，转轴的顶部活动连接有齿轮，主体的左侧活动连接有控制模块，主体的中间活动连接有转速调节装置，再通入液氮氛围急速冷冻，再通过冷冻干燥除去溶剂，得到氧化石墨烯/聚苯乙烯微球复合物，再置于管式炉中，在氮气气氛下，480-550℃热处理1-3h，得到多孔石墨烯；(2)向烧杯中加入混酸，混酸为浓硫酸、浓硝酸按照体积比为2-4:1的比例配置的，再加入多孔石墨烯，超声分散均匀后，在60-80℃下搅拌6-18h后，加入去离子水稀释，静置12-36h，过滤并用去离子水洗净后放入真空干燥箱干燥，得到羧基化石墨烯，其表面的羧基含量为5-9％；(3)向烧杯中加入乙腈，再加入NaOH、四丁基硫酸氢铵，其中NaOH、四丁基硫酸氢铵的物质的量比为100:1-3，置于超声装置中10-30min使其分散均匀，再加入吡咯、3-氯丙胺盐酸盐，其中吡咯、3-氯丙胺盐酸盐的物质的量比为100:80-120，在70-90℃、氮气气氛下，反应12-36h，再加入去离子水和乙醚进行萃取纯化，干燥得到1-(2-氨乙基)吡咯烷；(4)向烧杯中加入无水N,N-二甲基甲酰胺，加入羧基化石墨烯，置于超声装置中10-30min使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，其特征在于：所述吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料制备方法如下：/n(1)向去离子水中加入氧化石墨烯，超声分散均匀，加入聚苯乙烯微球，置于磁力搅拌装置中搅拌2-6h，通入液氮氛围急速冷冻，干燥得到氧化石墨烯/聚苯乙烯微球复合物，再置于管式炉中，在氮气气氛下，480-550℃热处理1-3h，得到多孔石墨烯；/n(2)向混酸中加入多孔石墨烯，超声分散均匀，在60-80℃下搅拌6-18h后，加入去离子水稀释，静置12-36h，过滤、洗涤并干燥，得到羧基化石墨烯；/n(3)向乙腈中加入NaOH、四丁基硫酸氢铵，其中NaOH、四丁基硫酸氢铵的物质的量比为100:1-3，超声分散均匀，再加入吡咯、3-氯丙胺盐酸盐，其中吡咯、3-氯丙胺盐酸盐的物质的量比为100:80-120，在70-90℃、氮气气氛下，反应12-36h，萃取纯化并干燥，得到1-(2-氨乙基)吡咯烷；/n(4)向无水N,N-二甲基甲酰胺中加入羧基化石墨烯，超声分散均匀，再加入氯化亚砜，置于冰浴中搅拌1-3h后，减压蒸馏去除氯化亚砜，加入1-(2-氨乙基)吡咯烷和吡咯，在0-5℃下搅拌20-40min，再加入三氯化铁，继续在-5至5℃下搅拌4-8h，洗涤、过滤并干燥，得到吡咯共聚物接枝多孔石墨烯。/n...

【技术特征摘要】
1.一种吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料，其特征在于：所述吡咯共聚物接枝多孔石墨烯的吸附材料制备方法如下：
(1)向去离子水中加入氧化石墨烯，超声分散均匀，加入聚苯乙烯微球，置于磁力搅拌装置中搅拌2-6h，通入液氮氛围急速冷冻，干燥得到氧化石墨烯/聚苯乙烯微球复合物，再置于管式炉中，在氮气气氛下，480-550℃热处理1-3h，得到多孔石墨烯；
(2)向混酸中加入多孔石墨烯，超声分散均匀，在60-80℃下搅拌6-18h后，加入去离子水稀释，静置12-36h，过滤、洗涤并干燥，得到羧基化石墨烯；
(3)向乙腈中加入NaOH、四丁基硫酸氢铵，其中NaOH、四丁基硫酸氢铵的物质的量比为100:1-3，超声分散均匀，再加入吡咯、3-氯丙胺盐酸盐，其中吡咯、3-氯丙胺盐酸盐的物质的量比为100:80-120，在70-90℃、氮气气氛下，反应12-36h，萃取纯化并干燥，得到1-(2-氨乙基)吡咯烷；
(4)向无水N,N-二甲基甲酰胺中加入羧基化石墨烯，超声分散均匀，再加入氯化亚砜，置于冰浴中搅拌1-3h后，减压蒸馏去除氯化亚砜，加入1-(2-氨乙基)吡咯烷和吡咯，在0-5℃下搅拌20-40min，再加入三氯化铁，继续在-5至5℃下搅拌4-8h，洗涤、过滤并干燥，得到吡咯共聚物接枝多孔石墨烯。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，
申请(专利权)人：李娟，
类型：发明
国别省市：河南;41