CN105692818A - 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除 - Google Patents

一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除 Download PDF

Info

Publication number
CN105692818A
CN105692818A CN201610158462.5A CN201610158462A CN105692818A CN 105692818 A CN105692818 A CN 105692818A CN 201610158462 A CN201610158462 A CN 201610158462A CN 105692818 A CN105692818 A CN 105692818A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heavy metal
electrode
sulfur
graphite alkene
metal ion
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.)
Granted
Application number
CN201610158462.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105692818B (zh
Inventor
孔泳
徐斓
魏永
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.)
Jiangsu Zhixin Jinchuang Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Changzhou University
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 Changzhou University filed Critical Changzhou University
Priority to CN201610158462.5A priority Critical patent/CN105692818B/zh
Publication of CN105692818A publication Critical patent/CN105692818A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105692818B publication Critical patent/CN105692818B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，包括以下步骤：制备掺硫石墨烯气凝胶、制备掺硫石墨烯气凝胶纸电极、在三电极体系下通过纸电极对不同的重金属离子进行吸附。本发明的有益效果是：掺硫石墨烯气凝胶的制备方法简便易行，制备过程环保无污染，以这些材料修饰的电极对于水中重金属离子的吸附效率高、速度快、操作简便，并对不同的重金属离子的电吸附效果进行了比较。

Description

一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除
技术领域
本发明涉及一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，属于废水处理和材料合成领域。
技术背景
水资源短缺是全球面临的重大问题，大量的工业化生产常常会对水资源造成严重污染，特别是电镀、冶金、化工等工业废水中常常含有大量的重金属离子。重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。对水中重金属离子的处理方法有很多种：电吸附、反渗透、化学沉淀法等。电吸附相对于其他的水处理方法，具有无二次污染、能耗低、投资少、使用寿命长和易再生等优点，是一种既经济又有效的方法。因此，电吸附技术是一种具有发展前途的废水处理技术。
用于电吸附的材料有活性碳、碳纳米管等含碳材料。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯因其拥有较大的比表面积、载流子迁移率高、机械灵活性优异且良好的热/化学稳定性等众多独特的性能，从而受到了广泛的关注，并应用于很多研究领域，像光子器件、环境修复、生物技术、催化剂、新能源电池领域等。但是，在制备石墨烯的过程中，由于石墨烯中存在的π-π键和范德华力可能会导致它发生不可逆的聚集或者重新堆叠成石墨结构，这会影响了石墨烯的性能。而3D石墨烯就能有效地防止这一现象的发生。并且这一新型材料—石墨烯水凝胶/气凝胶，具有更大的比表面积，同时质量轻、机械性能好、电子转移率高。
在电吸附材料中掺杂其他的杂原子如氮、硫、磷、硼等可以有效的增加重金属离子的吸附率，这归因于杂原子和重金属离子之间的螯合作用。因此，在材料中掺杂其他的原子也成为了近期的热门话题。
本发明利用石墨烯气凝胶的大比表面积以及高的电子转移率用于去除废水中的重金属离子，通过在气凝胶中掺杂硫原子，并对多种重金属离子之间的电吸附效果进行了研究，这种方法目前尚未见报道,并且二硫苏糖醇也首次被用于制备掺硫石墨烯气凝胶。
发明内容
本发明的目的是将材料掺硫石墨烯气凝胶应用于一个新的领域—电吸附水中重金属离子中。将掺硫石墨烯气凝胶制成吸附电极后能有效的吸附水中的重金属离子。
本发明涉及一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，包括以下步骤：
a、制备掺硫石墨烯气凝胶：将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，超声10～30min使其分散均匀。待其分散均匀后加入二硫苏糖醇，搅拌使其分散均匀。然后将混合液在95℃的条件下进行水浴加热2h。反应结束后，将产物置于蒸馏水中沉浸2～3天，然后冷冻干燥，得到掺硫石墨烯气凝胶材料；
b、制备掺硫石墨烯气凝胶纸电极：将步骤a制得的掺硫石墨烯气凝胶与预先配制的聚乙烯醇溶液混合，形成糊状的分散液，移取0.1～0.4mL的分散液均匀涂抹于硬纸片上，冷冻干燥，得到掺硫石墨烯气凝胶纸电极；
c、电化学法去除水中重金属离子：配制重金属离子溶液，量取重金属离子溶液置于电吸附容器中，将步骤b中制得的掺硫石墨烯气凝胶纸电极对多种重金属离子分别进行电吸附实验。电吸附重金属离子实验采用三电极体系，以纸电极为工作电极，铂片电极为对电极，甘汞电极为参比电极。同时使用电导率仪实时监测溶液电导率的变化，当电导率保持不变时，即各纸电极吸附达到平衡。
进一步，步骤a中二硫苏糖醇与氧化石墨烯的质量比为3:1，反应温度为95℃，反应时间为2～4h。
进一步，步骤c中电吸附水中的多种重金属离子分别为Pb2+、Cd2+、Hg2+及Cu2+。
本发明的有益效果是：掺硫石墨烯气凝胶的制备方法简便易行，制备过程环保无污染，以这些材料修饰的电极对于水中重金属离子的吸附效率较高、时间短、操作简便，材料的电吸附性能与以往材料相比也有了大幅的提升。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为实施例一中制备的掺硫石墨烯气凝胶的红外谱图(FT-IR图)；
图2为实施例二中掺硫石墨烯气凝胶对多种重金属离子的电吸附效果，横坐标为不同的重金属离子，纵坐标为重金属离子去除率；
图3为实施例三中掺硫石墨烯气凝胶纸电极的吸附性能随再生次数的变化。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
在本发明详细叙述和实施例子中所示的重金属离子(Pb2+、Cd2+、Hg2+及Cu2+)去除率是按下述方法测定的：式中，％R、C0、Ce分别表示各重金属离子的去除率、初始浓度、平衡浓度。
实施例一：
制备掺硫石墨烯气凝胶材料纸电极包括以下几个步骤：
(1)将0.15g的氧化石墨烯(GO)超声分散在100mL蒸馏水中，再加入0.45g的二硫苏糖醇，机械搅拌使其充分混合，然后将混合液在95℃的条件下进行水浴加热2h。反应结束后，将生成的产物沉浸于蒸馏水中2～3天，最后样品在-52℃冷冻干燥24h，得掺硫石墨烯气凝胶。
(2)将90mg步骤(1)制得的掺硫石墨烯气凝胶材料加入2mL4wt％的聚乙烯醇溶液，超声使复合材料在溶液里分散均匀。取0.16mL上述分散液均匀涂抹于35mm×8mm的硬纸片(厚400μm)上，于-52℃冷冻干燥12h，制成掺硫石墨烯气凝胶纸电极。
实施例二：
掺硫石墨烯气凝胶纸电极的制备过程与实施例一相同。
将制备的掺硫石墨烯气凝胶纸电极分别用于Pb(NO3)2、CdSO4、HgSO4和CuSO4溶液的电化学处理，施加电压为-0.3V，处理时间为2min，Pb2+、Cd2+、Hg2+及Cu2+的去除率见图2，可见掺硫石墨烯气凝胶材料对重金属离子Cu2+的吸附效果最好。
实施例三：
掺硫石墨烯气凝胶纸电极的制备过程与实施例一相同。
对掺硫石墨烯气凝胶纸电极进行循环电吸附试验。以对Cu2+的电吸附为例，对掺硫石墨烯气凝胶纸电极进行循环电吸附试验。将掺硫石墨烯气凝胶纸电极置于80mL浓度为1mmol/L的CuSO4溶液中，施加电位-0.3V，并记录溶液电导率，2min后再次记录溶液的电导率，计算去除率。随后撤去电位让其脱附，连续循环多次。实验结果如图3所示。首次吸附Cu2+去除率为73％，在经过100次的循环使用后电极对Cu2+去除率为70.5％。说明该材料具有极高的再生性能。

Claims (3)

1.一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，其特征在于：步骤如下：
a、制备掺硫石墨烯气凝胶：将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，超声10～30min使其分散均匀。待其分散均匀后加入二硫苏糖醇，搅拌使其分散均匀，然后将混合液在95℃的条件下进行水浴加热2h。反应结束后，将产物置于蒸馏水中沉浸2～3天，然后冷冻干燥，得到掺硫石墨烯气凝胶材料；
b、制备掺硫石墨烯气凝胶纸电极：将步骤a制得的掺硫石墨烯气凝胶与预先配制的聚乙烯醇溶液混合，形成糊状的分散液，移取0.1～0.4mL的分散液均匀涂抹于硬纸片上，冷冻干燥，得到掺硫石墨烯气凝胶纸电极；
c、电化学法去除水中重金属离子：配制重金属离子溶液，量取重金属离子溶液置于电吸附容器中，将步骤b中制得的掺硫石墨烯气凝胶纸电极对多种重金属离子分别进行电吸附实验。电吸附重金属离子实验采用三电极体系，以纸电极为工作电极，铂片电极为对电极，甘汞电极为参比电极。同时使用电导率仪实时监测溶液电导率的变化，当电导率保持不变时，即掺硫石墨烯气凝胶纸电极吸附达到平衡；
d、脱附再生使用后的电极：对于达到吸附饱和的掺硫石墨烯气凝胶纸电极，撤去电极上的电压后，溶液的电导率恢复至接近初始值，实现电极的脱附再生。
2.根据权利要求1所述一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，其特征是：所述步骤a中二硫苏糖醇与氧化石墨烯的质量比为3:1，反应温度为95℃，反应时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除，其特征是：所述步骤c中电吸附水中的多种重金属离子分别为Pb2+、Cd2+、Hg2+及Cu2+。
CN201610158462.5A 2016-03-18 2016-03-18 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除 Active CN105692818B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610158462.5A CN105692818B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610158462.5A CN105692818B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105692818A true CN105692818A (zh) 2016-06-22
CN105692818B CN105692818B (zh) 2018-06-08

Family

ID=56232143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610158462.5A Active CN105692818B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105692818B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105967288A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中硬度钙离子的方法
CN105967287A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法
CN105984922A (zh) * 2016-07-04 2016-10-05 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中铝离子的方法
CN106115870A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 常州大学 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对锌离子的电吸附去除
CN106115854A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中砷离子的方法
CN106115872A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中铁离子的方法
CN106145285A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中硬度镁离子的方法
CN109590482A (zh) * 2018-12-07 2019-04-09 信阳师范学院 一种改性氧化石墨烯、改性氧化石墨烯负载金纳米颗粒及其制备方法
CN109749094A (zh) * 2018-12-07 2019-05-14 信阳师范学院 一种双功能型微凝胶PNIPAM/HECs/D-cGO及其制备方法与应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973620A (zh) * 2010-09-21 2011-02-16 上海大学 利用氧化石墨烯片去除水中重金属离子的方法
CN103170250A (zh) * 2013-04-02 2013-06-26 天津工业大学 一种水过滤用杂化水凝胶平板膜及其制备方法
CN103623709A (zh) * 2013-11-11 2014-03-12 华南理工大学 氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜及制备方法和应用
CN103877953A (zh) * 2014-03-30 2014-06-25 河南城建学院 一种用于污水处理的水凝胶及其制备方法
WO2015175833A1 (en) * 2014-05-14 2015-11-19 Stc.Unm Catalysts for bio-electrochemical systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973620A (zh) * 2010-09-21 2011-02-16 上海大学 利用氧化石墨烯片去除水中重金属离子的方法
CN103170250A (zh) * 2013-04-02 2013-06-26 天津工业大学 一种水过滤用杂化水凝胶平板膜及其制备方法
CN103623709A (zh) * 2013-11-11 2014-03-12 华南理工大学 氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜及制备方法和应用
CN103877953A (zh) * 2014-03-30 2014-06-25 河南城建学院 一种用于污水处理的水凝胶及其制备方法
WO2015175833A1 (en) * 2014-05-14 2015-11-19 Stc.Unm Catalysts for bio-electrochemical systems

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106115870A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 常州大学 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对锌离子的电吸附去除
CN105967288A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中硬度钙离子的方法
CN105967287A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法
CN105984922A (zh) * 2016-07-04 2016-10-05 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中铝离子的方法
CN106115854A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中砷离子的方法
CN106115872A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中铁离子的方法
CN106145285A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 常州大学 一种s元素修饰石墨烯电极去除水中硬度镁离子的方法
CN109590482A (zh) * 2018-12-07 2019-04-09 信阳师范学院 一种改性氧化石墨烯、改性氧化石墨烯负载金纳米颗粒及其制备方法
CN109749094A (zh) * 2018-12-07 2019-05-14 信阳师范学院 一种双功能型微凝胶PNIPAM/HECs/D-cGO及其制备方法与应用
CN109590482B (zh) * 2018-12-07 2021-02-05 信阳师范学院 一种改性氧化石墨烯、改性氧化石墨烯负载金纳米颗粒及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105692818B (zh) 2018-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105692818B (zh) 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除
CN105668724A (zh) 一步法合成氮硫共掺杂石墨烯气凝胶及其对多种重金属离子的电吸附去除
CN104984728A (zh) 一步法合成掺氮石墨烯水凝胶并用于电吸附水中重金属离子
Wang et al. Magnetic nanoparticles grafted with amino-riched dendrimer as magnetic flocculant for efficient harvesting of oleaginous microalgae
CN105152126B (zh) 一种少层数MoSe2纳米片/氮、磷共掺杂石墨烯复合纳米材料的制备方法
Liu et al. Effects of organic additives with oxygen-and nitrogen-containing functional groups on the negative electrolyte of vanadium redox flow battery
Mehdinia et al. Fibers coated with a graphene-polyaniline nanocomposite for the headspace solid-phase microextraction of organochlorine pesticides from seawater samples
CN103466608A (zh) 一种石墨烯的球磨制备法
CN103871755A (zh) 一种氮掺杂石墨烯/铁酸镍纳米复合材料及其制备
Zhang et al. In-situ construction of abundant active centers on hierarchically porous carbon electrode toward high-performance phosphate electrosorption: Synergistic effect of electric field and capture sites
Sun et al. Oxygen-incorporated molybdenum disulfide nanosheets as electrode for enhanced capacitive deionization
CN106082184A (zh) 一种氮硫共掺杂石墨烯及其制备方法与应用
CN105032375A (zh) 一种磁性石墨基重金属吸附材料的制备方法
CN104091931A (zh) 多边缘MoS2纳米片/石墨烯复合纳米材料及制备方法
CN104558598A (zh) 一步法合成聚间苯二胺/石墨烯复合材料及其应用于电吸附水中重金属离子
CN104835653B (zh) 一种制备氧化钴/石墨烯纳米复合材料的方法
CN106115869A (zh) 将一步法合成的掺氮石墨烯气凝胶应用于电吸附废水中汞离子
Wang et al. Confined self-assembly of S, O co-doped GCN short nanotubes/EG composite towards HMIs electrochemical detection and removal
CN106396031A (zh) 一步法合成氮硫共掺杂石墨烯气凝胶及其对锌离子的电吸附去除
CN104091936B (zh) 一种MoS2纳米瓦/石墨烯复合纳米材料及其制备方法
CN107104001B (zh) 一种在石墨烯表面吸附水解聚酰亚胺分子来提高比电容的方法
CN106145284A (zh) 一步法合成的掺氮石墨烯气凝胶应用于电吸附水中重金属离子锌
Yang et al. Porous carbon flow-electrode derived from modified MOF-5 for capacitive deionization
Liu et al. MnO2/graphene supported on Ni foam: an advanced electrode for electrochemical detection of Pb (II)
CN106115870A (zh) 一步法合成掺硫石墨烯气凝胶及其对锌离子的电吸附去除

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210922

Address after: 213164 1101, building 2, Chuangyan port, Changzhou science and Education City, No. 18, Changwu Middle Road, Wujin District, Changzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Jiangsu Zhixin Jinchuang Technology Co.,Ltd.

Address before: Gehu Lake Road Wujin District 213164 Jiangsu city of Changzhou province No. 1

Patentee before: CHANGZHOU University