申請日2015.06.24

　　公開(公告)日2015.11.11

　　IPC分類號B01J20/26; C02F1/28; B01J20/30; B01J20/28

　　摘要

　　本發(fā)明涉及選擇性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，通過向威蘭膠凝膠摻入氧化石墨烯得到氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠。在氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的上部加入染料溶液，攪拌使兩者充分接觸，即可高效、快速的選擇性地吸收陽離子型、含有π共軛基團、氫鍵的染料分子，吸附完全以后，凝膠的結(jié)構(gòu)不會被破壞，水和凝膠易于分離。本發(fā)明操作簡單，原料易得，使用量少，具有選擇性，樣品易于回收，生物適應(yīng)性好，使用過程中不產(chǎn)生毒害物質(zhì)，可以滿足相關(guān)產(chǎn)業(yè)對于污水處理的需求。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種選擇性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，包括步驟 如下：

　　(1)氧化石墨烯水溶液的配制

　　將氧化石墨烯加入到水中，超聲處理3-6小時，得到濃度為0.3～0.7wt%，的氧化石墨 烯水溶液;

　　(2)威蘭膠水溶液的配制

　　將威蘭膠加入到水中，室溫溶脹20-30小時，再室溫攪拌5-10天，得到濃度為1-3wt% 的威蘭膠水溶液;

　　(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的配制

　　將氧化石墨烯水溶液和威蘭膠水溶液混合，使得氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠中威蘭 膠的濃度范圍為0.5-0.9wt%，氧化石墨烯的濃度范圍為0.1-0.5wt%;充分混合均勻，靜置， 即得氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，其特征在于，步 驟(1)中超聲處理的頻率為50-60Hz。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，其特征在于， 步驟(2)中室溫攪拌的攪拌速率為300-400r/min。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，其特征在于， 步驟(3)中充分混合均勻的方式為先渦旋1-3分鐘，再超聲處理3-5分鐘。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，其特征在于， 步驟(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠中威蘭膠的濃度為0.5wt%，氧化石墨烯的濃度為 0.5wt%。

　　說明書

　　選擇性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種選擇性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　現(xiàn)如今，源于生產(chǎn)制造產(chǎn)生的化合物和有害物質(zhì)在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的水污染，特別是有著很強毒性和不可生物降解性的工業(yè)染料、重金屬離子(例如鎘、鉻、銅、鉛、鐵和汞離子等)和其他有毒分子。人類和動物即使是在超低濃度接觸到它們，也會導(dǎo)致蓄積性、致命性或致癌性中毒。因此，從工業(yè)廢水中去除各種染料和重金屬離子等有毒分子已經(jīng)成為一件緊迫且至關(guān)重要的事情。人們研究和發(fā)展了各種各樣的從廢水中去除有毒分子的方法，例如：吸附法、離子交換法等。在這些方法中，吸附法作為可具有工業(yè)規(guī)模的凈化和分離技術(shù)變得越來越重要，特別是在去除化學(xué)和生物穩(wěn)定的有機物方面，已成為一種處理工業(yè)廢水的強有力手段。

　　據(jù)報道，到目前為止，粘土、疏水多孔聚合物、各種有機-無機復(fù)合材料以及碳基材料可以有選擇性的去除水污染物。在上述提到的這些材料中，碳基材料是最有前途的吸附劑，因為它們具有高的比表面積、高的化學(xué)和機械穩(wěn)定性。最近，各種各樣的低維碳納米材料(例如富勒烯、碳納米管和石墨烯)，由于其表面積高、比重輕，在作為各種離子或非離子污染物的高效吸附劑方面展示了大的容量和高的吸附能力。其中，氧化石墨烯(GO)是一種性能優(yōu)越的新型碳材料，由單層的碳原子構(gòu)成，具有很高的比表面積，其表面和邊緣含有許多活性官能團，如羥基，羧基，環(huán)氧基，水溶性較好。氧化石墨烯的這種結(jié)構(gòu)使得其在污水處理中不僅可以起到物理吸附的效果，也可以發(fā)揮化學(xué)吸附的作用。

　　威蘭膠是一種新型的微生物多糖，它的主要結(jié)構(gòu)是五糖重復(fù)單元，結(jié)構(gòu)骨架由β-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖醛酸、β-D-葡萄糖和x-L-鼠李糖的單元組成，側(cè)鏈由單鏈的L-甘露糖或單鏈的L-鼠李糖構(gòu)成。由于分子內(nèi)及分子間的吸引力，威蘭膠相鄰雙螺旋間類似于拉鏈一樣平行排列，分子間互相纏繞形成牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得威蘭膠水溶液具有很高的粘彈性，并能夠抵抗外加應(yīng)力、溫度及離子強度。因此，威蘭膠/GO構(gòu)筑的高分子聚合物凝膠復(fù)合材料能夠結(jié)合各自的優(yōu)勢，同時具有威蘭膠的柔韌性和GO的高強度，使其具有很好地吸附染料的效果，能夠選擇性吸附污水中的有機污染物，達到凈水目的。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高效、迅速、并且選擇性的吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法。本發(fā)明制得的高分子聚合物凝膠可較好的吸附污水中的陽離子型、含有π共軛基團、氫鍵的染料，吸附效果好，易于回收，制備方法簡單。

　　術(shù)語說明：

　　威蘭膠是一種新型的微生物多糖。氧化石墨烯(GO)是由單層的碳原子構(gòu)成，表面和邊緣含有活性基團。威蘭膠和氧化石墨烯(GO)的分子結(jié)構(gòu)如下所示。

　　威蘭膠和氧化石墨烯(GO)為常規(guī)試劑，均可市場購買。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種選擇性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的制備方法，包括步驟如下：

　　(1)氧化石墨烯水溶液的配制

　　將氧化石墨烯加入到水中，超聲處理3-6小時，得到濃度為0.3～0.7wt%，的氧化石墨烯水溶液;

　　(2)威蘭膠水溶液的配制

　　將威蘭膠加入到水中，室溫溶脹20-30小時，再室溫攪拌5-10天，得到濃度為1-3wt%的威蘭膠水溶液;

　　(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠的配制

　　將氧化石墨烯水溶液和威蘭膠水溶液混合，使得氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠中威蘭膠的濃度范圍為0.5-0.9wt%，氧化石墨烯的濃度范圍為0.1-0.5wt%;充分混合均勻，靜置，即得氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠。

　　根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中超聲處理的頻率為50-60Hz。

　　根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中室溫攪拌的攪拌速率為300-400r/min。

　　根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中充分混合均勻的方式為先渦旋1-3分鐘，再超聲處理3-5分鐘;進一步優(yōu)選的，超聲處理的頻率為50-60Hz。

　　根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝膠中威蘭膠的濃度為0.5wt%，氧化石墨烯的濃度為0.5wt%。

　　根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)、(2)中所述的水為超純水。

　　本發(fā)明的突出特點是：(1)氧化石墨烯基凝膠吸附染料具有選擇性，吸收較好的染料為陽離子型、含有較多π共軛基團及氫鍵的，對于陰離子型、含有π共軛基團較少的染料吸附比較差;(2)使用的GO的用量很少;(3)吸附完成以后，凝膠不會被破壞，染料溶液和凝膠有很好的界限，直接將水溶液傾倒即可分離;(4)通過改變摻入GO的量可以調(diào)節(jié)染料吸附量;(5)使用的威蘭膠、GO均為生物適應(yīng)性物質(zhì)不會產(chǎn)生毒害物質(zhì)。

　　本發(fā)明的有益效果和優(yōu)勢在于：在很廣的濃度范圍內(nèi)都可以形成穩(wěn)定的凝膠，直接將染料加入到凝膠的上部，攪拌，就可以快速的吸附染料，操作簡單，吸收具有選擇性，對陽離子型染料、含有較多π共軛基團及氫鍵結(jié)構(gòu)的染料吸附效果尤其的好，吸附完全后凝膠并沒有被破壞，這樣有利于凝膠的回收。另外可以根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)凝膠中摻雜氧化石墨烯的量以達到節(jié)約能源的效果。