CN104174359B - 易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法。通过在氧化石墨溶液中依次加入四丙基氢氧化铵和十六烷基三甲基溴化铵，并搅拌使之形成均匀溶液，将所述混合溶液在80℃下恒温保持12h，抽滤并干燥，通过预支撑的方法获得易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂材料，该吸附材料具有宏观的形貌，微观的结构，并具有良好的吸附特性，该吸附剂避免了无序结构的石墨烯吸附剂在溶液中不易分离的现象，工艺简单，性能优异，具有进一步商业化应用的前景。

Description

易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法
技术领域
本发明旨在发明一种简单易行的制备可用作吸附剂的易分离的宏观有序石墨烯纳米材料的制备方法。
背景技术
吸附法是最受关注的水处理技术之一，具有易于控制和成本低的优点，目前常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝、聚合物等。由于具有较大的比表面积，纳米材料在吸附中的得到了广泛研究。碳纳米材料石墨烯在理想状态下的比表面积高达2630m2/g，但其在吸附中的应用仍存在局限性，首先，石墨烯表面仅存在sp2杂化的碳原子，使其在吸附中仅能通过范德华力结合污染物，因而对重金属等污染物作用微弱，其次，石墨烯易发生团聚，造成其比表面积下降，最后，作为粉末状纳米材料，吸附后不便于固液分离。
发明内容
针对上述问题，本发明通过用十六烷基三甲基溴化铵作为支撑剂将氧化石墨的层间距撑大，制成宏观有序的石墨烯纳米材料使现有技术中存在的上述问题得以解决。一方面，制得的石墨烯纳米材料宏观有序，吸附后易分离，另一方面，改善了石墨烯易团聚的缺点。本发明制备获得的易分离的宏观有序石墨烯纳米材料，可用作吸附剂。
本发明旨在发明一种简单易行的制备可用作吸附剂的易分离的宏观有序石墨烯纳米材料的制备方法。为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)向氧化石墨中加入四丙基氢氧化铵溶液和蒸馏水，搅拌使其混合均匀；
(2)向(1)所述溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液并搅拌，使之成为均匀混合溶液；
(3)将(2)所得的溶液于恒温水浴加热条件下保持一段时间，之后作抽滤处理；
(4)将(3)所得滤出物恒温干燥至恒量，得到易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂。
在整个操作过程中应避免超声。
所述步骤(1)中TPAOH(四丙基氢氧化铵)的浓度为10％，所述步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵溶液的质量浓度为10g/L；所述氧化石墨与TPAOH与十六烷基三甲基溴化铵的质量比例为2：1：2。
所述步骤(3)将所述混合溶液进行水浴加热，温度为80℃，时间为12h，抽滤并用乙醇洗净滤出物。
所述步骤(4)将滤出物恒温干燥后得到可用作吸附剂的易分离的宏观有序石墨烯纳米材料；所述恒温干燥时控制在60℃，时间为12h。
本发明的有益效果在于：
①本发明工艺简单、易于推广，所得石墨烯纳米材料宏观有序，吸附后易于分离，与使用纯石墨烯作吸附剂相比大大降低了成本和毒性。
②本发明所得石墨烯纳米材料对水中污染物具有良好的吸附能力，同时也改善了石墨烯易于团聚的缺点，使其吸附性能得到更有利发挥。
附图说明
图1为本发明所制备不同配比的石墨烯纳米材料XRD测试结果(实施例1)。
图2为本发明所制备不同配比的石墨烯纳米材料XRD测试结果(实施例2)。
图3为本发明所制备不同配比的石墨烯纳米材料XRD测试结果(实施例3)。
图4为本发明所制备的不同活化时间的石墨烯纳米材料XRD测试结果(实施例4)。
图5为本发明所制备的不同活化时间的石墨烯纳米材料XRD测试结果(实施例5)。
图6为本发明所制备的石墨烯纳米材料对四环素、环丙沙星、六价铬的吸附曲线。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。各个实施例中采用的原料都属于市售。
实施例1
取1个烧杯，将0.2g氧化石墨加入到10ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)，搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
对得到的样品进行XRD测试，结果如附图1所示。
实施例2
取1个烧杯，将0.2g氧化石墨加入到10ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)，搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入100ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
对得到的样品进行XRD测试，结果如附图2所示。
实施例3
取1个烧杯，将0.2g氧化石墨加入到10ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)，搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入200ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
对得到的样品进行XRD测试，结果如附图3所示。
实施例4
取1个烧杯，将0.2g氧化石墨加入到10ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)，搅拌均匀。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
对得到的样品进行XRD测试，结果如附图4所示。
实施例5
取1个烧杯，将0.2g氧化石墨加入到10ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)，搅拌均匀静置15min。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
对得到的样品进行XRD测试，结果如附图5所示。
实施例6
取1个烧杯，将0.5g氧化石墨加入到20ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
将20mg宏观有序石墨烯纳米材料加入到100mg/L六价铬溶液溶液中，放入25℃恒温摇床振荡24h，吸附结果良好，见图6。
实施例7
取1个烧杯，将0.5g氧化石墨加入到20ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
将20mg宏观有序石墨烯纳米材料加入到100mg/L四环素溶液中，放入25℃恒温摇床振荡24h，吸附结果良好，见图6。
实施例8
取1个烧杯，将0.5g氧化石墨加入到20ml蒸馏水中并搅拌均匀。向烧杯中加入2.5ml的TPAOH溶液(浓度为10％)搅拌均匀并静置30min。向烧杯中加入50ml的十六烷基三甲基溴化铵水溶液(浓度为1％)，搅拌均匀后将其置于80℃水浴锅中保持12h，抽滤，将滤出物在60℃下干燥12h。得到宏观有序石墨烯纳米材料。
将20mg宏观有序石墨烯纳米材料加入到100mg/L环丙沙星溶液中，放入25℃恒温摇床振荡24h，吸附结果良好，见图6。

Claims (9)

1.一种易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)向氧化石墨中加入四丙基氢氧化铵溶液和蒸馏水，搅拌使其混合均匀；
(2)向(1)所述溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液并搅拌，使之成为均匀混合溶液；
(3)将(2)所得的溶液于恒温水浴加热条件下保持一段时间，之后作抽滤处理；
(4)将(3)所得滤出物恒温干燥至恒量，得到易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂。
2.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于:所述TPAOH(四丙基氢氧化铵)的浓度为10％。
3.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：所述氧化石墨与TPAOH的质量比例为2：1。
4.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：所述十六烷基三甲基溴化铵溶液的质量浓度为10g/L。
5.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：加入所述氧化石墨和十六烷基三甲基溴化铵的质量比例为1：1。
6.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：当配制十六烷基三甲基溴化铵溶液时，需将其置于80℃恒温水浴锅中，保证完全均匀溶解，并在加入溶液时尽量减少泡沫造成的误差。
7.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：将所述混合溶液进行水浴加热的温度为80℃，时间为12h。
8.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：抽滤时应采用乙醇来洗去滤出物中杂质。
9.根据权利要求1所述的易分离的宏观有序石墨烯纳米吸附剂制备方法，其特征在于：恒温干燥时控制在60℃，时间为12h。
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