一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯?巰基化合物復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及吸附材料技術領域，具體公開了一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯?巰基化合物復合材料及其制備方法，復合材料由氧化石墨烯和含巰基有機化合物嫁接反應制得。本發明專利技術利用氧化石墨烯表面的含氧官能團（羧基和羥基）與含巰基有機化合物中的氨基或羥基嫁接反應制得氧化石墨烯?巰基化合物復合材料，通過利用氧化石墨烯較大的比表面積及其表面的含氧官能團和該復合材料的巰基分別與重金屬離子(Cd2+、Ni2+)的強烈螯合作用，達到去除重金屬離子(Cd2+、Ni2+)污染的效果。本發明專利技術提供了一種制備工藝簡單、吸附能力強的新型石墨烯基吸附材料，拓寬了石墨烯材料在環保領域的應用范圍，實現了保護環境的目的，具有良好的社會效益和環保效益。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及吸附材料
，具體地，涉及一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料及其制備方法。
技術介紹
伴隨著人類社會的快速發展，礦山、冶煉、電解、電鍍、農藥、醫藥、油漆、顏料等工業生產活動產生的大量含重金屬廢水對環境的污染也越來越嚴重。由于重金屬離子具有不易被生物降解的特點，它能通過生物鏈循環逐漸進入植物體、動物體，并在其中富集，并最終危害到人類的自身健康。因此如何有效去除廢水中重金屬離子已經成為人類必須面對的課題。相比其他重金屬去除方法，吸附法由于具有成本低，效率高，操作簡易，具有廣泛的應用前景。工程領域中常見的吸附劑主要有活性炭、沸石、介孔材料、樹脂以及高分子聚合物等。但這些常規吸附劑存在吸附容量小、吸附效率偏低等缺陷。近年來，以氧化石墨烯（GO）為代表的碳納米材料，由于其具有獨特的中空結構、強大的吸附能力及極高的表面積等，已經成為世界各國環境領域專家研究的熱點。趙曉偉等人用GO/ZnO為吸附劑對Cu2+和Pb2+進行吸附，其最大吸附量分別為37.45mg/g和23.42mg/g。李杰等人用GO/Fe3O4作為吸附劑對Cu2+進行吸附，其最大吸附量為18.26mg/g。黃振中等人用低溫剝離石墨烯納米片對Pb2+進行吸附，其最大吸附量為22.42～35.46mg/g。吳文清等人用GO作為吸附劑對Cu2+進行吸附，其最大吸附量為117.5mg/g。盡管已有多種包括氧化石墨烯復合材料在內的吸附劑對重金屬離子具有一定的吸附移除作用，但存在復合材料制備過程復雜或吸附效果還不是特別好的缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有吸附材料吸附重金屬離子效率低的難題，提供一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料。本專利技術的另一個目的是提供一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料的制備方法。為了實現上述目的，本專利技術是通過以下技術方案予以實現的：一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料，由氧化石墨烯和含巰基有機化合物嫁接反應制得；所述含巰基有機化合物同時還帶有氨基或羥基。本專利技術利用氧化石墨烯表面的含氧官能團（羧基和羥基）與含巰基有機化合物中的氨基或羥基嫁接反應，快速、簡單地制備一種新型氧化石墨烯-巰基化合物吸附材料，復合材料中的巰基化合物分子含有的-SH基可與重金屬離子（尤其是Cd2+、Ni2+）強烈螯合，對重金屬離子有很強的吸附作用；氧化石墨烯有空隙結構，表面有大量含氧官能團，且比表面積較大，利用氧化石墨烯含氧官能團和巰基化合物的氨基或羥基嫁接反應得到的復合吸附材料能很好的吸附重金屬離子。優選地，所述含巰基有機化合物為L-半胱氨酸、二硫代氨基甲酸鈉、2-氨基-5-巰基-1,3,4-噻二唑、乙硫醇或硫代氨基甲酸乙酯。本專利技術還要求保護復合材料在吸附重金屬離子中的應用。尤其是復合材料在吸附Cd2+、Ni2+中的應用。一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將氧化石墨烯加入超純水中超聲分散，得到相對均一的氧化石墨烯懸浮液；(2)在上述氧化石墨烯懸浮液中加入含巰基化合物，然后再加入NaOH，混合溶液繼續超聲；(3)上述混合液用乙醇處理后，經超濾膜過濾，乙醇/水溶液洗滌，真空干燥，即得氧化石墨烯-巰基化合物復合材料。優選地，所述氧化石墨烯懸浮液的濃度為0.5～1mg/mL。優選地，所述氧化石墨烯和含巰基化合物的質量比為1：0.1～0.5。優選地，所述含巰基化合物和NaOH的摩爾比為1：1～1.5。優選地，所述含巰基有機化合物為L-半胱氨酸、二硫代氨基甲酸鈉、2-氨基-5-巰基-1,3,4-噻二唑、乙硫醇或硫代氨基甲酸乙酯。優選地，所述乙醇/水溶液為0.5%的乙醇/水溶液。一種去除重金屬離子污染的方法，包括以下步驟：以2.0～2.5g/L的投放量將本專利技術的復合材料投入到25～45mg/L的含Cd2+、Ni2+污水中，震蕩，吸附20～30min，吸附后復合材料對Cd2+、Ni2+的吸附量為72～88mg/g。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：本專利技術提供的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料，制備工藝簡單、原料來源廣泛、價格低廉，易于工業化生產；復合材料在使用后，可經過簡單化學處理，回收重金屬離子，重金屬吸附量大，吸附過程無二次污染，拓寬了石墨烯材料在環保領域的應用范圍，實現了保護環境的目的，具有良好的社會效益和環保效益。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作出進一步地詳細闡述，所述實施例只用于解釋本專利技術，并非用于限定本專利技術的范圍。下述實施例中所使用的試驗方法如無特殊說明，均為常規方法；所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，為可從商業途徑得到的試劑和材料。實施例1一種氧化石墨烯-巰基化合物復合材料，由以下方法制備得到：(1)將氧化石墨烯加入超純水中超聲震蕩1h，得到相對均一的氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液濃度為1mg/mL；(2)在上述10mL氧化石墨烯懸浮液中加入1mg的L-半胱氨酸，使氧化石墨烯與L-半胱氨酸質量比為1：0.1，然后再加入等摩爾量的NaOH，混合溶液超聲反應1h；(3)上述混合液用40ml乙醇處理后，用0.22μm超濾膜過濾，0.5%的乙醇/水溶液洗滌，將所得固體物在80℃下真空干燥，即可得氧化石墨烯/L-半胱氨酸復合吸附材料。氧化石墨烯-巰基化合物復合材料對Cd2+的吸附：在25℃的恒定溫度下，將0.05g的氧化石墨烯/L-半胱氨酸復合吸附材料置于20ml濃度系列變化的Cd2+溶液分別置于若干具塞錐形瓶中，用0.1mol/L的稀氫氧化鈉溶液和過氧化氫溶液調節pH=6.0，在恒溫振蕩器中震蕩1h，使氧化石墨烯/L-半胱氨酸復合材料對Cd2+的吸附達到飽和。用0.22μm超濾膜過濾，0.5%的乙醇/水溶液洗滌，收集濾液，用ICP-OES測試，計算得氧化石墨烯/L-半胱氨酸復合吸附材料對Cd2+的吸附量為84mg/g。實施例2一種氧化石墨烯-巰基化合物復合材料，由以下方法制備得到：(1)將氧化石墨烯加入超純水中超聲震蕩1h，得到相對均一的氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液濃度為1mg/mL；(2)在上述10mL氧化石墨烯懸浮液中加入1mg的二硫代氨基甲酸鈉，使氧化石墨烯與二硫代氨基甲酸鈉質量比為1：0.1，然后再加入等摩爾量的NaOH，混合溶液超聲反應1h；(3)上述混合液用40ml乙醇處理后，用0.22μm超濾膜過濾，0.5%的乙醇/水溶液洗滌，將所得固體物在80℃下真空干燥，即可得氧化石墨烯/二硫代氨基甲酸鈉復合吸附材料。氧化石墨烯-巰基化合物復合材料對Cd2+的吸附：在25℃的恒定溫度下，將0.05g的氧化石墨烯/二硫代氨基甲酸鈉復合材料置于20ml濃度系列變化的Cd2+溶液，分別置于若干具塞錐形瓶中，用0.1mol/L的稀氫氧化鈉溶液和過氧化氫溶液調節pH=6.0，在恒溫振蕩器中震蕩1h，使氧化石墨烯/二硫代氨基甲酸鈉復合吸附材料對Cd2+的吸附達到飽和。用0.22μm超濾膜過濾，0.5%的乙醇/水溶液洗滌，收集濾液，用ICP-OES測試，計算得氧化石墨烯/二硫代氨基甲酸鈉復合吸附材料對Cd2+的吸附量為77mg/g。實施例3一種氧化石墨烯-巰本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯?巰基化合物復合材料，其特征在于，由氧化石墨烯和含巰基有機化合物嫁接反應制得；所述含巰基有機化合物同時還帶有氨基或羥基。

【技術特征摘要】
1.一種吸附重金屬離子的氧化石墨烯-巰基化合物復合材料，其特征在于，由氧化石墨烯和含巰基有機化合物嫁接反應制得；所述含巰基有機化合物同時還帶有氨基或羥基。2.根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于，所述含巰基有機化合物為L-半胱氨酸、二硫代氨基甲酸鈉、2-氨基-5-巰基-1,3,4-噻二唑、乙硫醇或硫代氨基甲酸乙酯。3.權利要求1或2所述復合材料在吸附重金屬離子中的應用。4.權利要求1或2所述復合材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：(1)將氧化石墨烯加入超純水中超聲分散，得到相對均一的氧化石墨烯懸浮液；(2)在上述氧化石墨烯懸浮液中加入含巰基化合物，然后再加入NaOH，混合溶液繼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李保慶，郭艷平，羅維，江嬋，
申請(專利權)人：廣東環境保護工程職業學院，
類型：發明
國別省市：廣東;44