CN105536702A - 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法 - Google Patents

吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105536702A
CN105536702A CN201510992637.8A CN201510992637A CN105536702A CN 105536702 A CN105536702 A CN 105536702A CN 201510992637 A CN201510992637 A CN 201510992637A CN 105536702 A CN105536702 A CN 105536702A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
cement
based material
heavy metal
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510992637.8A
Other languages
English (en)
Inventor
曹明莉
盛智博
张会霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201510992637.8A priority Critical patent/CN105536702A/zh
Publication of CN105536702A publication Critical patent/CN105536702A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/42—Materials comprising a mixture of inorganic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4806—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of inorganic character

Abstract

吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。所用原料为功能化的石墨烯、水泥、砂子和水。将称量好的功能化石墨烯加入到水中，超声处理30min，依次加入水泥、砂子到搅拌锅中，搅拌；之后装模成型、养护得到成型的石墨烯水泥基材料成品。本发明吸附污染水中的重金属离子的能力强，可用于排水管道、沟渠、人工河床底、污水沉淀池等处，可循环使用，绿色环保。

Description

吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法
技术领域
吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法，属于复合材料制备及应用的技术领域。
背景技术
随着工业发展速度的加快，通过废水排入到自然水体中的重金属离子日益增多。重金属离子易在水源、土壤中积累，通过食物链生物的放大作用下，加倍地富集后进入人体，破坏人体中的蛋白质和酶，进而人体造成极大的危害。此外，重金属难以降解，且有多种存在形态，所以如何有效地去除重金属离子是当前环境问题中的亟须解决的问题。吸附法因其操作简单，成本低廉，选择性好，是来处理重金属离子的适宜方法。而石墨烯是理想的吸附剂，有较大的比表面积和均匀的孔隙结构以及较多的活性位点，这些都是良好吸附性能的基础。随着石墨烯的应用的愈加广泛和产量日益增大，石墨烯也很好的应用到水泥基材料中，制成复合材料用于处理水体中的重金属离子。
国内外研究中，张景煌等将高稳定且无毒的聚吡咯(PPy)和还原石墨烯(RGO)合成聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物(PPy-RGO)应用于Hg2+的去除。其中PPy-RGO几乎完全吸附Hg2+，其饱和吸附量高达560mg/g。
LiuN等利用共沉淀法来制备磁性氧化石墨烯复合材料(M/GO),将该磁性材料用于水中Co2+的吸附去除。结果表明，M/GO复合材料Co2+的最大吸附量为12.98mg/g。
Madadrang等将乙二胺四乙酸(EDTA)通过Si-O共价键和GO连接在一起，制备了EDTA-GO复合材料，发现该复合物对Pb2+的最大吸附量可高达479±46mg/g，且吸附速率较快，20min内即达到了吸附平衡。
近年来，重金属污染日益严重的问题亟须解决，石墨烯应用于处理重金属的实用性愈加广阔，而水泥基材料是构筑修建排水渠、人工河床底、污水沉淀池等的最常用的材料。石墨烯不仅可以改善水泥基材料的力学性能，而且对其吸附重金属离子的功能性也有较大提升，起到了“1+1＞2”的作用效果，因此功能化石墨烯水泥基材料的制备方法成为关键。
发明内容
出于上述实际需求，本发明提供了一种吸附性好、力学性能高的混凝土吸附材料，可广泛应用于排污管道，废水处理池等。
本发明的技术方案如下：
一种吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料，所用原料为功能化的石墨烯、水泥、砂子和水，各种材料的最佳配料重量比为：石墨烯0.09～0.225：水泥400～500：砂子1000～1500：水200～250。
所述的功能化石墨烯是通过硝酸法处理的石墨烯，使石墨烯表面引入羟基、羧基含氧官能团，改变其亲水性。
所述的水泥可采用通用硅酸盐水泥，可使成型的水泥基材料的力学性能有一定保证。
吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：将功能化石墨烯、水泥、砂和水按照重量配比准确称量；
(2)拌合：将称量好的功能化石墨烯加入到水中，超声处理30min，得到功能化石墨烯的水溶液；功能化石墨烯的水溶液、水泥依次加入到搅拌锅中，开启搅拌机，先低速搅拌30秒，在第二个30秒开始的同时均匀加入全部砂子；然后将机器转至高速再拌30秒；之后拌停60秒，再用15秒将锅壁上的残余物刮入锅中，然后高速搅拌60秒，获得石墨烯水泥基材料的混合流体；
(3)产品制备：将石墨烯水泥基材料的混合流体装入模具内，并在振实台上振实成型；
(4)脱模和养护：成型24小时后脱模；将墨烯水泥基材料产品放置在(20±1)℃水中养护28天，且试件上表面水深不得小于5mm；
(5)取出成型的石墨烯水泥基材料产品。
本发明的吸附条件为：温度为室温(20～25℃)，pH值为6～7，吸附时间14-28天。
本发明有益效果：
(1)功能化石墨烯表面有含氧官能团使其亲水性好，易于在水泥基体中分散；表面活性位点多，更有助于对重金属例子的吸附。同时功能化石墨烯的掺入能够促进C-S-H凝胶生成，控制水泥水化产物的尺寸、形状及形成路径，这种促进和控制作用又对其吸附重金属离子的能力和力学性能产生较大提升。
(2)功能化石墨烯水泥基材料对重金属离子的固化作用比一般材料效果好，去除率相比普通重金属离子的吸附剂高20％以上。
(3)由于石墨烯有极优异的物理化学性质，所以重金属离子脱附解附的效果显著，可实现循环使用，绿色环保。
实施例
实施例1：
采用原料为功能化的石墨烯：水泥：砂子：水＝0.09：450：1350：220，按照本发明的方法进行试件的制备。在室温下，置于密封容器中进行对Pb2+吸附反应，吸附时间为28天。
实施例2：
采用原料为功能化的石墨烯：水泥：砂子：水＝0.09：450：1350：220，按照本发明的方法进行试件的制备。在室温下，置于密封容器中进行对Cu2+吸附反应，吸附时间为28天。
实施例3：
采用原料为功能化的石墨烯：水泥：砂子：水＝0.09：450：1350：220，按照本发明的方法进行试件的制备。在室温下，置于密封容器中进行对Zn2+吸附反应，吸附时间为28天。
实施例4：
采用原料为功能化的石墨烯：水泥：砂子：水＝0.09：450：1350：220，按照本发明的方法进行试件的制备。在室温下，置于密封容器中进行对Cd2+吸附反应，吸附时间为28天。
测试效果
用ICP测试上述四个实施例中溶液的重金属离子浓度，计算去除率，列于表1。测试样(功能化石墨烯水泥基材料)对Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+的去除率分别高达95.89％、95.81％、90.09％、93.04％，吸附效果显著，并且比空白样(未掺功能化石墨烯水泥基材料)分别提高了20.26％、20.49％、22.20％、19.07％。
表1功能化石墨烯水泥基材料对重金属离子的去除率测试结果(％)

Claims (5)

1.吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料，其特征在于，所用原料为功能化的石墨烯、水泥、砂子和水，各种材料的最佳配料重量比为：石墨烯0.09～0.225：水泥400～500：砂子1000～1500：水200～250。
2.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料，其特征在于，所述的功能化石墨烯是通过硝酸法处理的石墨烯，使石墨烯表面引入羟基、羧基含氧官能团。
3.根据权利要求1所述的吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料，其特征在于，所述的水泥可采用通用硅酸盐水泥。
4.吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，配料：将功能化石墨烯、水泥、砂和水按照重量配比准确称量；
步骤二，拌合：将称量好的功能化石墨烯加入到水中，超声处理30min，得到功能化石墨烯的水溶液；功能化石墨烯的水溶液、水泥、砂子依次加入到搅拌锅中，开启搅拌机，获得石墨烯水泥基材料的混合流体。
步骤三，产品制备：按上述的方法搅拌后的石墨烯水泥基材料的混合流体，装入模具内，并在振实台上振实成型；
步骤四，脱模和养护：成型24小时后脱模；将石墨烯水泥基材料产品放置在20±1℃水中养护28天，且石墨烯水泥基材料产品的上表面水深不得小于5mm；
步骤五，取出成型的石墨烯水泥基材料产品。
5.根据权利要求4所述的吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤四的搅拌方法为：先低速搅拌30秒，在第二个30秒开始的同时均匀加入全部砂子；然后将机器转至高速再拌30秒；之后拌停60秒，再用15秒将锅壁上的残余物刮入锅中，然后高速搅拌60秒，获得石墨烯水泥基材料的混合流体。
CN201510992637.8A 2015-12-25 2015-12-25 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法 Pending CN105536702A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510992637.8A CN105536702A (zh) 2015-12-25 2015-12-25 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510992637.8A CN105536702A (zh) 2015-12-25 2015-12-25 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105536702A true CN105536702A (zh) 2016-05-04

Family

ID=55816540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510992637.8A Pending CN105536702A (zh) 2015-12-25 2015-12-25 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105536702A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106000315A (zh) * 2016-07-20 2016-10-12 陕西科技大学 轻质水泥基氧化石墨烯复合吸附材料的制备方法
CN106186405A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 北京东方园林生态股份有限公司 一种收集净化雨水的路缘石
CN107824164A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 惠州清水湾生物材料有限公司 一种重金属吸附用硅藻壳复合材料制备及再生方法
CN108996935A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 丹阳蓝思信息技术有限公司 一种以钛石膏为原料制备水泥添加剂的方法
CN113149575A (zh) * 2021-04-15 2021-07-23 东南大学 一种硫铝酸盐水泥的复合材料固化剂及其制备方法
CN114573284A (zh) * 2022-05-09 2022-06-03 太原理工大学 氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102627422A (zh) * 2012-04-20 2012-08-08 大连理工大学 具有电磁波吸收功能的浮石吸波骨料及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102627422A (zh) * 2012-04-20 2012-08-08 大连理工大学 具有电磁波吸收功能的浮石吸波骨料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张会霞: "石墨烯水泥基复合材料吸附性能研究", 《中国学位论文全文数据库》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106000315A (zh) * 2016-07-20 2016-10-12 陕西科技大学 轻质水泥基氧化石墨烯复合吸附材料的制备方法
CN106186405A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 北京东方园林生态股份有限公司 一种收集净化雨水的路缘石
CN108996935A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 丹阳蓝思信息技术有限公司 一种以钛石膏为原料制备水泥添加剂的方法
CN107824164A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 惠州清水湾生物材料有限公司 一种重金属吸附用硅藻壳复合材料制备及再生方法
CN113149575A (zh) * 2021-04-15 2021-07-23 东南大学 一种硫铝酸盐水泥的复合材料固化剂及其制备方法
CN114573284A (zh) * 2022-05-09 2022-06-03 太原理工大学 氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法
CN114573284B (zh) * 2022-05-09 2022-07-26 太原理工大学 氧化石墨烯磁定向分散增强水泥基复合材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105536702A (zh) 吸附重金属离子的石墨烯水泥基材料及其制备方法
CN103739058B (zh) 一种污水强化除磷填料及其制备方法
CN107721270B (zh) 一种利用市政污泥制备非烧结透水砖的方法
CN110105004B (zh) 一种淤泥固化砖的制备方法
CN105967266A (zh) 一种高效污水处理剂及其制备方法
CN107585984A (zh) 一种复合污泥固化剂
CN102173506B (zh) 一种生物活性复合填料
CN105367009A (zh) 一种淤泥固化剂及其制备方法和应用
CN102616921A (zh) 一种复合生态填料及其制备方法
CN103951463A (zh) 富营养化污染湖泊底泥原位控制覆盖材料及其制备方法
KR101438380B1 (ko) 수질정화용 콘크리트 블록
CN105363772B (zh) 一种污染土壤固结修复剂及制备方法
CN113603407A (zh) 微生物诱导碳酸钙沉淀固化稀土尾矿砂制备生物砖的方法
CN104119018A (zh) 一种复配vc废母液制备高保坍型聚羧酸系减水剂
CN103627086B (zh) 液气处理用填料及制备方法、多面空心球及液气处理方法
CN103601896B (zh) 一种复合提取剂及从污水污泥中提取与分离腐殖质的方法
CN109734352B (zh) 超缓凝自凝灰浆增强外加剂及制备方法
CN205443028U (zh) 一种底泥高脱水率装置
CN108911605B (zh) 一种负压环境下微生物诱导碳酸钙沉淀生产预制排水管道的方法
CN110510751A (zh) 一种应用于生活污水处理系统的快速培菌生物菌剂
CN113264734A (zh) 一种基于水泥基二氧化碳泡沫的淤泥固化料及其淤泥固化方法和应用
CN109267562A (zh) 絮凝联合真空预压处理吹填土地基的系统和方法
CN114682624B (zh) 一种铬污染修复试剂的应用
CN106318397A (zh) 一种赤泥污泥用薄壳包裹制备的园林土壤改良剂及其制备方法
CN104925943B (zh) 一种生活污水垃圾渗滤液处理剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160504