CN104226267A - 磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用在污水处理和环境治理等领域的复合吸附材料，特别是涉及一种磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂及其制备方法，所述的复合吸附剂是由纤维素、氧化石墨烯和四氧化三铁纳米颗粒混合制备得到，具有吸附后便于回收再利用，设备简单、成本低易于工业化等优点，可应用于污水处理和环境治理等领域。
Description
技术领域：
本发明涉及一种应用在污水处理和环境治理等领域的复合吸附材料，特别是涉及一种磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂及其制备方法。
背景技术：
纤维素是一种广泛存在于自然界中的可再生多糖类物质，近年来，有许多关于天然纤维素制成的纤维素微珠、纤维素膜和纤维素树脂的报道，并被应用于重金属离子和有害偶氮染料的吸附中。染料分子所具有的高吸附焓使得芳香族核心更容易接近纤维素的表面。
氧化石墨烯是一种石墨经过化学氧化剥离出来的产物，氧化石墨烯的结构与石墨烯类似，但是由于其经过化学氧化法得来，表面含有大量含氧官能团，如羟基、羧基、环氧基等，由于这些含氧基团的存在，氧化石墨烯比石墨烯具有更好的亲水性能，可以在水中长时间稳定存在。
申请号为201110063663.4的中国发明专利公开了一种细菌纤维素/石墨烯复合材料，由细菌纤维素和石墨烯复合而成，其制备方法是将细菌纤维素浸泡在石墨烯溶液中，复合材料具有一定的机械性能和导电性能，其中的细菌纤维素要经过细菌发酵制得。申请号为201110354746.9的中国发明专利公开了一种纤维素/氧化石墨烯复合材料，其制备方法是将氧化石墨烯悬浮液和纤维素的碱性溶液混合，利用机械搅拌、剪切或超声波等作用，使氧化石墨烯和纤维素形成复合结构，但其吸附后分离必须使用离心过滤等方法，过程较复杂。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种对水体中染料具有优良的吸附性能，且回收利用更加简便的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂；本发明的目的还在于提供一种磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法。
本发明的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂是由纤维素、氧化石墨烯和四氧化三铁纳米颗粒混合制备得到，磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂具体制备过程如下：
制备氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液，将其通过冰盐浴预冷，再将纤维素投入到溶液中，高速搅拌，得到透明的纤维素溶液。随后将产物通过离心机离心分离，除去不溶物和气泡。
接下来将四氧化三铁纳米颗粒和氧化石墨烯混合物超声分散，加入纤维素溶液中，继续机械搅拌1小时。搅拌停止后，将所得悬浮液倒入氯化钠凝固浴中，并同时剧烈搅拌。所得产物继续搅拌老化12小时，随后缓慢加入环氧氯丙烷进行交联，再将温度升至70℃，继续搅拌150min，得到磁性纤维素/氧化石墨烯复合材料。将产物使用磁铁分离，并用去离子水和无水乙醇洗涤，直至pH为中性。最后，将产物真空干燥至恒重。
所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中氯化钠凝固浴的的浓度为5wt％-30wt％。
所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中纤维素、氧化石墨烯和四氧化三铁纳米颗粒的质量百分比分别为为0.5wt％-2.0wt％、0.05wt％-0.5wt％和0.1wt％-0.5wt％。
所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中四氧化三铁纳米颗粒的 粒径为5-20nm。
所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中氧化石墨烯优选但并不仅限于经过Hummers方法或其改进方法制备得到。
所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中纤维素来源于棉花、麦秆、麻、稻草、甘蔗渣或纸张。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明所制备的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂兼具纤维和氧化石墨烯的性质，可应用于污水处理和环境治理等领域；吸附后便于回收再利用；设备简单、成本低易于工业化。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1：
首先，制备配比为10.0wt％氢氧化钠/8.0wt％硫脲/6.0wt％尿素的水溶液，将其通过冰盐浴预冷至-10℃。再将纤维素投入到溶液中，并同时在10,000rpm/min转速下搅拌10min，即得到透明的纤维素溶液。随后将产物通过8,000rpm离心分离10min，除去不溶物和气泡。
接下来将2.0g四氧化三铁纳米颗粒和0.25g氧化石墨烯混合物超声分散，加入5.0g纤维素溶液中，继续机械搅拌1小时。搅拌停止后，将所得悬浮液倒入氯化钠(15wt％)凝固浴中，并同时剧烈搅拌。所得产物继续搅拌老化12小时，随后缓慢加入5mL环氧氯丙烷进行交联，再将温度升至70℃，继续搅拌150min，得到磁性纤维素/氧化石墨烯复合材料。将产物使用磁铁分离，并用去离子水和 无水乙醇洗涤，直至pH为中性。最后，将产物在50℃真空干燥至恒重。
实施例2：
首先，制备配比为10.0wt％氢氧化钠/8.0wt％硫脲/6.0wt％尿素的水溶液，将其通过冰盐浴预冷至-10℃。再将纤维素投入到溶液中，并同时在10,000rpm/min转速下搅拌10min，即得到透明的纤维素溶液。随后将产物通过8,000rpm离心分离10min，除去不溶物和气泡。
接下来将4.0g四氧化三铁纳米颗粒和0.4g氧化石墨烯混合物超声分散，加入10.0g纤维素溶液中，继续机械搅拌1小时。搅拌停止后，将所得悬浮液倒入氯化钠(15wt％)凝固浴中，并同时剧烈搅拌。所得产物继续搅拌老化12小时，随后缓慢加入5mL环氧氯丙烷进行交联，再将温度升至70℃，继续搅拌150min，得到磁性纤维素/氧化石墨烯复合材料。将产物使用磁铁分离，并用去离子水和无水乙醇洗涤，直至pH为中性。最后，将产物在50℃真空干燥至恒重。
实施例3：
首先，制备配比为10.0wt％氢氧化钠/8.0wt％硫脲/6.0wt％尿素的水溶液，将其通过冰盐浴预冷至-10℃。再将纤维素投入到溶液中，并同时在10,000rpm/min转速下搅拌10min，即得到透明的纤维素溶液。随后将产物通过8,000rpm离心分离10min，除去不溶物和气泡。
接下来将2.0g四氧化三铁纳米颗粒和0.5g氧化石墨烯混合物超声分散，加入5.0g纤维素溶液中，继续机械搅拌1小时。搅拌停止后，将所得悬浮液倒入氯化钠(15wt％)凝固浴中，并同时剧烈搅拌。所得产物继续搅拌老化12小时，随后缓慢加入5mL环氧氯丙烷进行交联，再将温度升至70℃，继续搅拌150min，得到磁性纤维素/氧化石墨烯复合材料。将产物使用磁铁分离，并用去离子水和 无水乙醇洗涤，直至pH为中性。最后，将产物在50℃真空干燥至恒重。
实施例4：
将50mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝染料溶液加入100mL锥形烧瓶中，向其中加入0.05g实施例1中制备的复合吸附剂，放入恒温摇床中在25±0.5℃条件下进行吸附。每隔一定时间段进行取样，所取样品用外加磁铁将吸附材料分离出来，并将吸附材料回收。剩余亚甲基蓝溶液的浓度使用紫外-可见分光光度计，在波长为λmax＝665nm下进行测量，对亚甲基蓝染料的最终平衡吸附率为88.52％。
实施例5：
将50mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝染料溶液加入100mL锥形烧瓶中，向其中加入0.05g实施例2中制备的复合吸附剂，放入恒温摇床中在25±0.5℃条件下进行吸附。每隔一定时间段进行取样，所取样品用外加磁铁将吸附材料分离出来，并将吸附材料回收。剩余亚甲基蓝溶液的浓度使用紫外-可见分光光度计，在波长为λmax＝665nm下进行测量，对亚甲基蓝染料的最终平衡吸附率为80.33％。
实施例6：
将50mL浓度为100mg/L的亚甲基蓝染料溶液加入100mL锥形烧瓶中，向其中加入0.05g实施例3中制备的复合吸附剂，放入恒温摇床中在25±0.5℃条件下进行吸附。每隔一定时间段进行取样，所取样品用外加磁铁将吸附材料分离出来，并将吸附材料回收。剩余亚甲基蓝溶液的浓度使用紫外-可见分光光度计，在波长为λmax＝665nm下进行测量，对亚甲基蓝染料的最终平衡吸附率为94.52％。
综上所述仅为发明的较佳实施例而己，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (7)
1.一种磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂是由纤维素、氧化石墨烯和四氧化三铁纳米颗粒混合制备得到。
2.一种磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：具体制备过程如下：
制备氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液，将其通过冰盐浴预冷，再将纤维素投入到溶液中，高速搅拌，得到透明的纤维素溶液，随后将产物通过离心机离心分离，除去不溶物和气泡；
接下来将四氧化三铁纳米颗粒和氧化石墨烯混合物超声分散，加入纤维素溶液中，继续机械搅拌1小时，搅拌停止后，将所得悬浮液倒入氯化钠凝固浴中，并同时剧烈搅拌，所得产物继续搅拌老化12小时，随后缓慢加入环氧氯丙烷进行交联，再将温度升至70℃，继续搅拌150min，得到磁性纤维素/氧化石墨烯复合材料，将产物使用磁铁分离，并用去离子水和无水乙醇洗涤，直至pH为中性，最后，将产物真空干燥至恒重。
3.根据权利要求2中所述的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中氯化钠凝固浴的的浓度为5wt％-30wt％。
4.根据权利要求2中所述的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中纤维素、氧化石墨烯和四氧化三铁纳米颗粒的质量百分比分别为为0.5wt％-2.0wt％、0.05wt％-0.5wt％和0.1wt％-0.5wt％。
5.根据权利要求2中所述的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中四氧化三 铁纳米颗粒的粒径为5-20nm。
6.根据权利要求2中所述的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中氧化石墨烯优选但并不仅限于经过Hummers方法或其改进方法制备得到。
7.根据权利要求2中所述的磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述磁性纤维素/氧化石墨烯复合吸附剂制备过程中纤维素来源于棉花、麦秆、麻、稻草、甘蔗渣或纸张。
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