一种石墨烯基水处理材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯基水处理材料及其制备方法，属于水处理技术领域，包括以下原料：改性石墨烯、磁性Fe3O4‑

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基水处理材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体地，涉及一种石墨烯基水处理材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机染料广泛应用于各行各业，其中约20％未经处理直接排入水中。有机染料由于其稳定的共轭芳香结构具有高毒性和致癌性，严重危害人体健康和自然环境。染料废水具有CODCr高、色度高、含盐量高、有机物难生物降解、污水间歇排放等特点，成为工业废水处理的重中之重。MB是水溶性偶氮染料的代表化合物在众多染料废水中。会在水溶液中形成“有机阳离子”季胺离子基团，色度高，对环境污染严重，属于三类致癌物。迄今为止，去除废水中染料最有效的方法是膜过滤、电化学处理、吸附、光催化降解、离子交换等方法。相比之下，操作简单、效率迅速、操作简单、成本低的优点将驳船吸附法推向了前列。
[0003]然而，传统的吸附剂不便于拆分和回收，吸附容量不够高，仍是亟待解决的问题，限制了其应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯基水处理材料及其制备方法，通过在石墨烯表面接枝树枝状分子结构和与纤维素纤维之间构建三维网络，实现对磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子的支撑和负载，达到回收和更好的吸附效果。
[0005]本专利技术要解决的技术问题：传统的吸附剂不便于拆分和回收，吸附容量不够高。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种石墨烯基水处理材料，包括以下质量份原料：改性石墨烯10
‑
20份、磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子30
‑
60份、纤维素纤维70
‑
120份；
[0008]其中，纤维素纤维是由纤维素粉末通过硫酸水解法合成的，将210mL浓硫酸和200mL去离子水加入到500mL烧瓶中以制备H2SO4溶液。当H2SO4溶液冷却至45℃时，在磁力搅拌下缓慢加入20g纤维素粉末。反应45min后，H2SO4将水解纤维素溶液在装有1800mL去离子水的烧杯中稀释，搅拌5min分散，然后静置24h分层。倒出上清液，将下层溶液以9000rpm离心8min。最终用载流分子量为12000的透析袋透析7天，最后通过超声得到纤维素纤维悬浮液，将29.7mg的2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物和318mgNaBr溶解在10mL去离子水中，然后以1％的质量分数添加到所制备的CNC悬浮液(100g)中。用浓度为0.5mol/L的NaOH溶液和15％的NaClO溶液将混合溶液的pH调至10左右，然后加入5mL乙醇停止反应，离心和洗涤后获得纤维素纤维；
[0009]所述改性石墨烯包括以下步骤制得：
[0010]A1、将GO分散在1,2
‑
乙二硫醇和偶氮二异丁腈在DMF中的溶液中，并将混合物在100℃下在N2气氛下搅拌24h，经过滤、洗涤和80℃下真空干燥过夜，得到硫醇官能化GO；
[0011]A2、将硫醇官能化G0分散在DMF中，再加入1,3,5
‑
三丙烯酰基六氢
‑
1,3,5
‑
三嗪和
偶氮二异丁腈，将混合物在N2气氛下在100℃搅拌24h，经过滤、洗涤和80℃下真空干燥过夜，得到改性石墨烯。
[0012]进一步地，GO、1,2
‑
乙二硫醇、偶氮二异丁腈和DMF的用量比为1
‑
2g：3
‑
5mL：1
‑
2g：30
‑
40mL。
[0013]进一步地，硫醇官能化G0、DMF、1,3,5
‑
三丙烯酰基六氢
‑
1,3,5
‑
三嗪和偶氮二异丁腈的用量比为0.8
‑
1g：20
‑
30mL：1
‑
1.5g：0.3
‑
0.4g。
[0014]进一步地，所述磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子包括以下步骤制得：
[0015]B1、将原硅酸四乙酯分散在乙醇中来得到分散液1，将Fe3O4纳米颗粒添加到乙醇和去离子水中，获得分散液2，将分散液1和分散液2均用超声波处理20min直至分散，在搅拌下将氨水添加到分散液2中，然后逐渐滴加分散液1，反应在磁力搅拌下持续15h，用磁铁收集，用水和乙醇洗涤3次，并在40℃真空干燥12h，得到Fe3O4‑
Si02纳米粒子；
[0016]B2、将Fe3O4‑
Si02纳米粒子加入到去离子水和乙醇的混合溶液中，然后在搅拌状态下加入3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷，在50℃下反应10h后，经磁铁收集，得到磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子。
[0017]进一步地，步骤B1中，300
‑
400μL的原硅酸四乙酯分散在5
‑
10mL的乙醇中，0.1
‑
0.2g的Fe3O4纳米颗粒添加到90
‑
95mL乙醇和5
‑
10mL去离子水中，氨水的用量为3
‑
5mL。
[0018]进一步地，步骤B2中，Fe3O4‑
Si02纳米粒子、去离子水、乙醇和3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷的用量比为0.2
‑
0.3g：2
‑
5mL：90
‑
95mL：1
‑
2mL。
[0019]一种石墨烯基水处理材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S1、称取配方质量份原料，将改性石墨烯在去离子水中超声剥离2
‑
4h，得到石墨烯分散液，将纤维素纤维超声分散在去离子水中2
‑
4h，得到纤维素纤维分散液，将磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子超声分散在去离子水中2
‑
4h，得到磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子分散液；
[0021]S2、将石墨烯分散液和纤维素纤维分散液混合，超声搅拌1
‑
2h，调节pH至4，然后滴加磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子分散液，继续超声2h，再经预冷冻和冷冻干燥，得到石墨烯基水处理材料。
[0022]进一步地，步骤S2中，预冷冻的温度为
‑
24℃，时间为24h,冷冻干燥的温度为
‑
40℃，时间为48h。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024](1)本专利技术技术方案中，通过氧化石墨烯与1,2
‑
乙二硫醇进行硫醇
‑
烯点击反应，以偶氮二异丁腈为引发剂，生成末端带有硫醇官能团的石墨烯接枝物，末端带有硫醇官能团的石墨烯接枝物再和1,3,5
‑
三丙烯酰基六氢
‑
1,3,5
‑
三嗪在偶氮二异丁腈为引发剂情况下发生自由基聚合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基水处理材料，其特征在于：包括以下质量份原料：改性石墨烯10
‑
20份、磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子30
‑
60份、纤维素纤维70
‑
120份；所述改性石墨烯包括以下步骤制得：A1、将GO分散在1,2
‑
乙二硫醇和偶氮二异丁腈在DMF中的溶液中，并将混合物在100℃下在N2气氛下搅拌24h，经过滤、洗涤和80℃下真空干燥过夜，得到硫醇官能化GO；A2、将硫醇官能化G0分散在DMF中，再加入1,3,5
‑
三丙烯酰基六氢
‑
1,3,5
‑
三嗪和偶氮二异丁腈，将混合物在N2气氛下在100℃搅拌24h，经过滤、洗涤和80℃下真空干燥过夜，得到改性石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基水处理材料，其特征在于：步骤A1中，GO、1,2
‑
乙二硫醇、偶氮二异丁腈和DMF的用量比为1
‑
2g：3
‑
5mL：1
‑
2g：30
‑
40mL。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基水处理材料，其特征在于：步骤A2中，硫醇官能化G0、DMF、1,3,5
‑
三丙烯酰基六氢
‑
1,3,5
‑
三嗪和偶氮二异丁腈的用量比为0.8
‑
1g：20
‑
30mL：1
‑
1.5g：0.3
‑
0.4g。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯基水处理材料，其特征在于：所述磁性Fe3O4‑
Si复合纳米粒子包括以下步骤制得：B1、将原硅酸四乙酯分散在乙醇中来得到分散液1，将Fe3O4纳米颗粒添加到乙醇和去离子水中，获得分散液2，将分散液1和分散液2均用超声波处理20min直至分散，在搅拌下将氨水添加到分散液2中，然后逐渐滴加分散液1，反应在磁力搅拌下持续15h，用磁铁收集，用水和乙醇洗涤3次，并在40℃真空干燥12h，得到Fe3O4‑
Si02纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：