一种改性石墨烯材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种改性石墨烯材料的制备方法及应用，制备方法包括利用磺酸钠异硫氰酸酯和四乙烯五胺反应合成双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺；将羧基化石墨烯和双（2

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种改性石墨烯材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来由于生活污水、工业废水等未经有效处理就排放进自然水体流域中，使大量的抗生素、染料污染物等进入到自然水体环境中，导致水污染问题日益严重，对污水处理和水污染质量迫在眉睫。随着印染工业的发展，染料废水已成为我国主要的水体污染源之一；染料废水化学需氧量高、色度深、有机成分复杂、化学性质稳定、难降解，是较难治理的有机废水，给人类和水生生物带来了严重的危害。因此在这些含有染料的废水排放进水体以前进行处理是至关重要的。甲基橙为染料化合物的主要代表物，其在酸性和碱性条件下具有醌式和偶氮结构，是染料化合物的主体结构。吸附法是一种操作简单、成本低廉的污水处理方法，开发吸附效率高的吸附材料具有重要的意义。如纳米吸附材料、高分子树脂、多孔碳等，石墨烯作为高比表面积的纳米材料，在吸附剂和污水处理领域有着广阔的应用前景。
[0003]石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且是只有一个碳原子厚度的二维材料，其本身具有大的比表面积和良好的染料吸附性能，是潜在的新型吸附剂。然而石墨烯之间的范德华力使石墨烯容易团聚，在水介质和有机溶剂中的分散性比较差，这样便阻碍了石墨烯在吸附方面的应用。由此，对石墨烯进行表面改性提高吸附性能是研究热点，文献《磺化还原氧化石墨烯的制备及其对碱性染料的吸附研究》
‑‑
张海静等，通过接枝含有芳香自由基的磺酸根到还原氧化石墨烯表面，制备了磺化还原氧化石墨烯纳米片材处理，可以吸附对碱性染料；但存在吸附容量不高，吸收性能较差的问题。因此有必要探索改性石墨烯材料进行的制备方法及在污水处理中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种改性石墨烯材料的制备方法及应用，旨在通过化学接枝的方法，在石墨烯表面修饰磺酸基团和硫脲结构，提高石墨烯对污水中染料污染物的吸附性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种改性石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将羧基化石墨烯分散到溶剂中，形成石墨烯分散液；在冰浴下向所述石墨烯分散液中滴加1
‑
羟基苯并三唑和1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐进行反应，获得反应溶液A；向所述反应溶液A中加入双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐，在室温下进行反应，反应后经过滤、洗涤，制得双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯；（2）将步骤（1）中的所述双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯分散到去离子水中，形成改性石墨烯分散液；向改性石墨烯分散液中加入双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺并搅拌溶解，获得混
合液B；（3）向步骤（2）中的混合液B中滴加碱性溶液使混合液B的pH为碱性，并在50
‑
80 ℃下进行搅拌反应，获得混合液C；（4）向步骤（3）中的混合液C中滴加酸性溶液使混合液C的pH呈酸性并析出沉淀物；经过滤、洗涤后，制得含双磺酸硫脲基多胺结构的改性石墨烯材料。
[0006]优选地，步骤（1）中所述羧基化石墨烯、1
‑
羟基苯并三唑、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐之间的质量比为1:（0.6
‑
2.5）:（0.9
‑
3.5）:（4
‑
15）；所述石墨烯分散液的质量分数为0.2
‑
5 g/L。
[0007]优选地，步骤（1）中所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、1,4
‑
二氧六环、四氢呋喃、丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种。
[0008]优选地，步骤（1）中石墨烯分散液与1
‑
羟基苯并三唑、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐反应为搅拌反应30
‑
60 min；所述反应溶液A与双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐反应为搅拌反应12
‑
48 h。
[0009]优选地，步骤（2）中所述双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯与双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺的质量比为1:5
‑
20。
[0010]优选地，步骤（3）中所述碱性溶液为氢氧化钠，所述混合液B的pH为11
‑
13，所述搅拌反应时间为6
‑
18 h；步骤（4）中所述酸性溶液为盐酸，所述混合液C的pH为4
‑
5。
[0011]优选地，所述双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺的制备方法为：将磺酸钠异硫氰酸酯和多乙烯多胺溶解到反应溶剂中进行搅拌回流反应；待反应结束后经减压浓缩、洗涤、重结晶，即得到双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺。
[0012]优选地，所述磺酸钠异硫氰酸酯和多乙烯多胺的质量比为1:0.35
‑
0.60；所述搅拌回流反应为在在70
‑
100 ℃反应10
‑
20 h。
[0013]优选地，所述多乙烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种；所述反应溶剂为丙酮、1,4
‑
二氧六环、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈中的一种。
[0014]另一方面，本专利技术提供第一方面所述的改性石墨烯材料的制备方法得到的含双磺酸硫脲基多胺结构的改性石墨烯材料在污水处理中的应用。
[0015]本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术利用磺酸钠异硫氰酸酯和四乙烯五胺反应合成双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺；将羧基化石墨烯和双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐酰胺化反应生成双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯，然后再与双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺中的亚氨基发生反应，得到含双磺酸硫脲基多胺结构的改性石墨烯材料，从而将磺酸基团、亚氨基和硫脲结构等吸附性基团接枝到石墨烯表面，实现了石墨烯的表面改性。
[0016]2、本专利技术的制备方法获得的含双磺酸硫脲基多胺结构的改性石墨烯材料，在水介质中磺酸基团可以电离产生H
+
，亚氨基和硫脲结构中的氨基可以与H
+
结合，发生质子化形成氮正离子，对染料污水中的甲基橙等阴离子染料具有很强的静电相互作用，提高了石墨烯对甲基橙等染料吸附性能；并且磺酸基团也具有很好的吸附和螯合性能，使改性石墨烯材料表现出优异的吸附性能，在含有染料等污染物的污水处理中有着广阔的应用前景。
附图说明
[0017]图1为本专利技术改性石墨烯材料的合成路线图；图2为本专利技术双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺的合成反应式；图3为本专利技术改性石墨烯材料对甲基橙的平衡吸附曲线图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将羧基化石墨烯分散到溶剂中，形成石墨烯分散液；在冰浴下向所述石墨烯分散液中滴加1
‑
羟基苯并三唑和1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐进行反应，获得反应溶液A；向所述反应溶液A中加入双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐，在室温下进行反应，反应后经过滤、洗涤，制得双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯；（2）将步骤（1）中的所述双（2
‑
氯乙基）改性石墨烯分散到去离子水中，形成改性石墨烯分散液；向改性石墨烯分散液中加入双磺酸钠硫脲基多乙烯多胺并搅拌溶解，获得混合液B；（3）向步骤（2）中的混合液B中滴加碱性溶液使混合液B的pH为碱性，并在50
‑
80 ℃下进行搅拌反应，获得混合液C；（4）向步骤（3）中的混合液C中滴加酸性溶液使混合液C的pH呈酸性并析出沉淀物；经过滤、洗涤后，制得含双磺酸硫脲基多胺结构的改性石墨烯材料。2.如权利要求1所述的一种改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述羧基化石墨烯、1
‑
羟基苯并三唑、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、双（2
‑
氯乙基）胺盐酸盐之间的质量比为1:（0.6
‑
2.5）:（0.9
‑
3.5）:（4
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15）；所述石墨烯分散液的质量分数为0.2
‑
5 g/L。3.如权利要求1所述的一种改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、1,4
‑
二氧六环、四氢呋喃、丙酮、N,N
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二甲基甲酰胺中的一种。4.如权利要求1所述的一种改性石墨烯材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，年正，严程，陈涛，高峰，
申请(专利权)人：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：