一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料制造技术

本发明专利技术涉及一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，属于铯离子的吸附材料技术领域。先采用GO分散液和脱乙酰度不小于80％的CS分散液制备胶状产物，然后用Cu(NO

【技术实现步骤摘要】
一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料
本专利技术涉及一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，属于铯离子的吸附材料

技术介绍
金属六氰合铁酸盐(MHCF)是铯离子的有效吸附剂。由于金属六氰合铁酸盐的结构晶格和水合铯离子的大小相当，因此MHCF可以通过离子交换选择性吸附铯离子。如亚铁氰化铜钾(KCuHCF)已被证明对Cs+具有优异的吸附能力和选择性，这是因为它的铁中心由桥式氰化物配体连接，充当特定尺寸的小水合离子的离子筛。然而，MHCF的高度分散和细颗粒导致了水里机械稳定性低和流动阻力高，从而导致这种优良材料的实际应用受到了限制。石墨烯(GO)是一种厚度只有一个原子的新兴二维平面碳纳米材料，基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环。单原子层结构赋予了石墨烯很多优异性质，如优异的电学性能、突出的热传导性、超常的比表面积和极高的机械强度。然而，作为交联剂的壳聚糖与GO复合之后，由于两者结合程度太牢，片层之间的堆叠程度严重，损失了更多的活性结合位点，吸附性能会有所降低。另外，目前也还没有发现有相关文献报道MHCF材料与壳聚糖复合使用的吸附材料。总的来说，现有技术中的铯离子筛的制备方法繁琐、实验周期较长、组成复杂、成分分布不均匀、稳定性差且对铯离子的选择性分离较差，因此这些铯离子筛对铯离子的吸附效果不是很理想。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，该材料由氧化石墨烯(GO)、壳聚糖(CS)和亚铁氰化钾(KCuHCF)组成，利用GO片层表面及边缘富含丰富的含氧官能基团(如羧基、羟基和环氧等)以及脱除部分乙酰基后壳聚糖分子结构中的氨基基团比甲壳素中的乙酰氨基反应活性更强，能够对KCuHCF进行有效负载，而且负载的KCuHCF颗粒大小适宜且分布均匀，Cs+具有较好的吸附选择性及平衡吸附量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，所述吸附材料是采用如下方法制备的：将GO分散液和脱乙酰度不小于80％的CS分散液混合并进行振荡成胶状，随后静置并除去未交联的反应物，待胶状产物近干(即干燥至表面无明显湿渍)，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗，使Cu2+将与复合凝胶含氧及含氮功能基团作用，至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗，使亚铁氰化钾将与Cu2+反应在凝胶上负载KCuHCF，至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶；一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶待近干(即干燥至表面无明显湿渍)，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗，使Cu2+将与复合凝胶含氧及含氮功能基团作用，至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗，使亚铁氰化钾将与Cu2+反应在凝胶上负载KCuHCF，至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶；二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶待近干(即干燥至表面无明显湿渍)，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗，使Cu2+将与复合凝胶含氧及含氮功能基团作用，至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗，使亚铁氰化钾将与Cu2+反应在凝胶上负载KCuHCF，至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶；一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶、二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶以及三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶都可以作为石墨烯吸附材料用于去除水中放射性铯离子。进一步地，优选采用三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶作为石墨烯吸附材料用于去除水中放射性铯离子。进一步地，GO分散液和CS分散液振荡混合后转移至注射器或抽滤瓶滤杯中，静置后采用水洗除去未交联的反应物。进一步地，所述注射器的底部垫有2层200目尼龙滤网；所述抽滤瓶滤杯的砂芯上加0.45μm孔径的尼龙滤膜。进一步地，GO分散液的浓度为2mg/mL～10mg/mL，优选7mg/mL～8mg/mL；CS分散液的浓度为1mg/mL～10mg/mL，优选8mg/mL～10mg/mL；GO分散液与CS分散液的体积比为(5～15)：1，优选(9～10)：1。进一步地，CS分散液中CS与GO分散液中GO的质量比优选(9～27):100。进一步地，CS分散液的介质通常选用醋酸，CS分散液中醋酸的体积分数优选1％～3.5％。进一步地，优选静置12h～48h后除去未交联的反应物。进一步地，Cu(NO3)2溶液的浓度为0.01M～0.10M，优选0.05M～0.06M；亚铁氰化钾溶液的浓度为0.01M～0.10M，优选0.05M～0.06M；Cu2+与亚铁氰化钾的摩尔比为2:1～1:2，优选(0.8～1.2):1。有益效果：(1)脱除部分乙酰基后，壳聚糖分子结构中的氨基基团比甲壳素中的乙酰氨基反应活性更强，使壳聚糖成为天然多糖中唯一的碱性多糖，在酸性环境中以荷正电高分子形式存在。因此在一定条件下，壳聚糖分子能诱导荷负电GO片层自组装，形成具有三维网络大孔结构的水凝胶宏观体，与此同时GO表面修饰了含有丰富功能基团(羟基、氨基等)的壳聚糖分子，这些基团在后续KCuHCF的负载中将作为活性位点锚定该无机离子交换剂，使其粒径更小、分布更均匀。(2)随着负载次数的增加，GO/CS/KCuHCF复合气凝胶中KCuHCF负载量显著增多，且更均匀，从而有利于增加对Cs+吸附容量；然而负载次数过多会使KCuHCF负载量过高，容易破坏凝胶结构，而且在后续柱实验中容易造成柱压降低，反而不利于对Cs+的吸附。(3)正电性高分子CS能在室温下快速交联GO片层，得到复合水凝胶，主要驱动力为静电吸引。GO/CS复合水凝胶/气凝胶组成及结构的优化主要指标是凝胶成型优劣、机械强度及是否形成3D网络大孔结构、孔径及孔均一性，主要优化参数包括GO分散液浓度及酸碱度，壳聚糖脱乙酰度、添加比例及溶解壳聚糖用HAc浓度以及Cu2+和壳聚糖共交联GO片层的情况。碱化GO分散液是为了降低GO和CS成胶速率，以期复合物成分更均一；二价金属阳离子Cu2+也能诱导GO自组装，因此Cu2+和壳聚糖共交联有望增强复合凝胶的机械强度。附图说明图1为实施例1所制备的石墨烯吸附材料的扫描电子显微镜(SEM)图。图2为采用实施例1所制备的石墨烯吸附材料吸附铯离子的吸附等温线图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。以下实施例以及对比例中所制备的吸附材料对铯离子吸附性能实验的操作步骤如：将实施例或对比例所制备的4mg吸附材料加入到10mLpH为5.7的铯离子溶液(Cs+浓度为155.9mg/L)中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，其特征在于：所述吸附材料为一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶、二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶或三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶，具体是采用如下方法制备得到的：/n将GO分散液和脱乙酰度不小于80％的CS分散液混合并进行振荡成胶状，随后静置并除去未交联的反应物，待胶状产物近干，先采用Cu(NO

【技术特征摘要】
1.一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，其特征在于：所述吸附材料为一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶、二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶或三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶，具体是采用如下方法制备得到的：
将GO分散液和脱乙酰度不小于80％的CS分散液混合并进行振荡成胶状，随后静置并除去未交联的反应物，待胶状产物近干，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗直至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗直至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶；
一次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶待近干，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗直至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗直至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶；
二次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶待近干，先采用Cu(NO3)2溶液进行淋洗直至流出物为蓝色止，然后用水洗至无色，再采用亚铁氰化钾溶液淋洗直至流出物为浅黄色止，最后用水洗至流出物为无色，得到三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶。


2.根据权利要求1所述的一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，其特征在于：所述吸附材料为三次负载的GO/CS/KCuHCF复合气凝胶。


3.根据权利要求1所述的一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料，其特征在于：GO分散液和CS分散液振荡混合后转移至注射器或抽滤瓶滤杯中，静置后采用水洗除去未交联的反应物。


4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王百荣，张致慧，孙健，陈乐，沈春霞，张泽亚，史丽生，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军防化学院，
类型：发明
国别省市：北京;11