CN105056899B - 一种可用于处理含染料废水的吸附剂及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料领域，公开了一种可用于处理含染料废水的吸附剂及其制备和应用。所述制备方法为：将预氧化石墨烯固体与高锰酸钾先后加入到浓硫酸中，通过机械搅拌得到分散均匀的悬浮液；然后加入去离子水和微晶纤维素进行反应，得到所述可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料。本发明制得的氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料对染料的吸附能力相比氧化石墨烯有了很大的提高，尤其对于低浓度染料(＜100mg/L)的吸附效果非常明显，而且制备工艺简单，易于操作。

Description

一种可用于处理含染料废水的吸附剂及其制备和应用
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种可用于处理含染料废水的吸附剂及其制备和应用。
背景技术
染料工业是国民经济中的重要行业，其产品的应用主要是在纺织品、皮革、食品、油墨、涂料以及橡胶等邻域。我国是染料大国，能生产600多个品种的染料，染料的产量和贸易都居世界第一位。同时染料行业也是高能耗、高污染产业。在染料的生产和使用的过程中约有8％～20％的染料释放到水中，染料废水已成为威胁我国水环境安全的重要因素。
由于染料工业工艺复杂，染料及其中间体的种类繁多，染料废水的性质也各不相同。染料废水具有水量大，有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水。传统的废水处理方法有物化法、化学法、生化法、物理吸附法等，但是目前的方法对难降解的有机废水的治理难度很大，且只对高浓度的染料有较好的去除效果，已经满足不了越来越高的环保要求。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的可用于处理含染料废水的吸附剂。
本发明的再一个目的在于提供上述可用于处理含染料废水的吸附剂的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3质量份预氧化石墨固体加入69体积份浓硫酸中并搅拌10～15min，然后在搅拌条件下加入9质量份高锰酸钾，反应阶段保证温度低于10℃，保温30～50min，得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的预氧化石墨烯悬浮液升温至33～38℃，并在搅拌条件下于7min内加入60～70体积份水，然后加入3质量份微晶纤维素反应30～60min，得到氧化石墨烯和纳米微晶纤维素的混合物；反应结束后趁热进行过滤，同时用水洗涤滤饼至中性，干燥，即得所述可用于处理含染料废水的吸附剂。
上述制备方法中，所述的预氧化石墨固体要以稍慢(100～200r/min)的转速搅拌10～15min，然后再加速至200～300r/min搅拌并缓慢加入9质量份KMnO4，才能得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；所述微晶纤维素的加入应该在去离子水全部加入后立即进行，反应结束后必须趁热过滤，才能得到可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料。
步骤(1)中所述的预氧化石墨固体加入浓硫酸中之后以100～200r/min的转速搅拌；在200～300r/min的转速搅拌下加入高锰酸钾。
步骤(1)中所述的预氧化石墨固体通过以下步骤制备得到：将12.5质量份K2S2O8和12.5质量份P2O5加入120体积份浓硫酸中，搅拌均匀后加入5质量份石墨粉，充分混合后于80℃反应6小时；反应结束后，加入水稀释悬浮液至温度不再变化；进一步洗涤，抽滤至滤液pH呈中性；干燥滤饼，即得到预氧化石墨固体。
步骤(2)中所述的搅拌转速为100～200r/min。
一种由上述制备方法获得的可用于处理含染料废水的吸附剂。
上述可用于处理含染料废水的吸附剂可用于吸附阳离子染料、阴离子染料和非离子染料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明制得的可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料在吸附低浓度(＜100mg/L)染料和染料废水中的有机物时效果非常明显，而且制备工艺简单，易于操作。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例采用的预氧化石墨固体通过预氧化方法制备，其步骤如下：在250mL的圆底烧瓶中加入120mL浓硫酸，再先后加入12.5g的K2S2O8和12.5g的P2O5，搅拌均匀后加入5g石墨粉，充分混合后将圆底烧瓶放入恒温水浴锅中，稳定温度为80℃，反应6小时；反应结束后，缓慢加入蒸馏水稀释悬浮液至温度不再变化；进一步洗涤，抽滤至滤液pH呈中性；干燥滤饼，即得到预氧化石墨固体。
实施例1
一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在500mL的圆底烧瓶中加入69mL浓硫酸和3g预氧化石墨固体并以100r/min的转速搅拌10min，然后在转速为200r/min的搅拌条件下缓慢加入9g高锰酸钾，反应阶段保证温度低于10℃，保温30min，得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的悬浮液升温至32℃，并在转速为100r/min的搅拌条件下于7min内缓慢加入60mL去离子水，然后加入3g微晶纤维素反应30min，得到氧化石墨烯和纳米微晶纤维素的混合物；反应结束后趁热进行过滤，同时用去离子水洗涤滤饼至中性，干燥，即得所述可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料。
实施例2
一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在500mL的圆底烧瓶中加入69mL浓硫酸和3g预氧化石墨固体并以150r/min的转速搅拌13min，然后在转速为250r/min的搅拌条件下缓慢加入9g高锰酸钾，反应阶段保证温度低于10℃，保温40min，得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的悬浮液升温至35℃，并在转速为150r/min的搅拌条件下于7min内缓慢加入67mL去离子水，然后加入3g微晶纤维素反应45min，得到氧化石墨烯和纳米微晶纤维素的混合物；反应结束后趁热进行过滤，同时用去离子水洗涤滤饼至中性，干燥，即得所述可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料。
实施例3
一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在500mL的圆底烧瓶中加入69mL浓硫酸和3g预氧化石墨固体并以200r/min的转速搅拌15min，然后在转速为300r/min的搅拌条件下缓慢加入9g高锰酸钾，反应阶段保证温度低于10℃，保温50min，得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的悬浮液升温至38℃，并在转速为200r/min的搅拌条件下于7min内缓慢加入70mL去离子水，然后加入3g微晶纤维素反应60min，得到氧化石墨烯和纳米微晶纤维素的混合物；反应结束后趁热进行过滤，同时用去离子水洗涤滤饼至中性，干燥，即得所述可用于处理含染料废水的吸附剂氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料。
实施例4：氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料吸附染料性能的测试
对实施例1～3制备得到的氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料以及氧化石墨烯对染料的吸附性能进行检测，测试结果如表1所示。
取上述制备好的氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料0.05g，加入到40mL浓度为50mg/L的染料溶液中常温下超声10min，然后吸附1h再以10000r/min的转速离心10min，利用紫外分光光度法测定离心上清液中的染料浓度。氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料对染料的吸附率按下式计算：
A＝(C0-C1)/C0×100％
式中：C0,C1分别为吸附前溶液中和吸附后上清液中的染料浓度(mg/L)；A为吸附率(％)。
表1实施例1～3制得的氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料和氧化石墨烯对不同染料的
吸附率
由表1可以看出，本发明制得的氧化石墨烯/纳米微晶纤维素复合材料对染料的吸附效果较氧化石墨烯的吸附效果要好的多。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可用于处理含染料废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将3质量份预氧化石墨固体加入69体积份浓硫酸中并搅拌10～15min，然后在搅拌条件下加入9质量份高锰酸钾，反应阶段保证温度低于10℃，保温30～50min，得到分散均匀的预氧化石墨烯悬浮液；
（2）将步骤（1）得到的预氧化石墨烯悬浮液升温至33～38℃，并在搅拌条件下于7min内加入60～70体积份水，然后加入3质量份微晶纤维素反应30～60min，得到氧化石墨烯和纳米微晶纤维素的混合物；反应结束后趁热进行过滤，同时用水洗涤滤饼至中性，干燥，即得所述可用于处理含染料废水的吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的预氧化石墨固体加入浓硫酸中之后以100～200r/min的转速搅拌；在200～300r/min的转速搅拌下加入高锰酸钾。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的预氧化石墨固体通过以下步骤制备得到：将12.5质量份K2S2O8和12.5质量份P2O5加入120体积份浓硫酸中，搅拌均匀后加入5质量份石墨粉，充分混合后于80℃反应6小时；反应结束后，加入水稀释悬浮液至温度不再变化；进一步洗涤，抽滤至滤液pH呈中性；干燥滤饼，即得到预氧化石墨固体。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的搅拌转速为100～200r/min。
5.一种由权利要求1至4任一项所述制备方法获得的可用于处理含染料废水的吸附剂。
6.权利要求5所述的可用于处理含染料废水的吸附剂的应用，其特征在于，所述吸附剂用于吸附阳离子染料、阴离子染料和非离子染料。
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