CN105727876B - 一种水铁矿-石墨烯复合材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水铁矿‑石墨烯复合材料，它是按以下方法制备得到的：1)取氧化石墨烯，加入5～20倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；2)向溶胶中加入三价铁盐，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的5～40％，搅拌，用金属碱溶液调节溶胶的pH至7～8，继续搅拌10～60min；3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤2～5次；4)将沉淀在40～50℃条件下干燥，粉粹。本发明可以同时吸附水体污染中的无机磷与有机磷，而且具有较大的吸附容量，与其它的水体去磷方法相比，本发明具有操作简便、成本低廉、易于控制、易于回收、环境友好等优点。

Description

一种水铁矿-石墨烯复合材料及其应用

技术领域

本发明属于水体有机污染物治理技术领域，具体涉及一种水铁矿-石墨烯复合材料及其在水体去磷中作为吸附剂的应用。

背景技术

由于大量含磷废水未经处理或处理不当就排入水体，使水体中磷的含量远远超出了排放标准，导致水体富营养化现象日趋严重，威胁着水生生物的生存和饮用水安全。目前，水体去磷方法主要有生物法、化学沉淀法、人工湿地法、离子交换法及吸附法等。生物法和化学沉淀法会产生大量的含磷剩余污泥，提高了处理成本，磷的回收也有一定的困难。人工湿地法对磷的去除效率不高，而离子交换法的处理成本较高。吸附法具有操作简单、处理效率高、无二次污染，且可将磷酸盐回收再利用等优点而倍受青睐。然而，由于废水中同时含有无机磷和有机磷，有机磷容易通过化学分解和生物转化为无机磷，而传统吸附剂仅能去除无机磷，对有机磷的去除效果较差。

氧化石墨烯具有理想的平面二维结构、良好的电子性质、热学性质、光学性质、机械性质等，使其在纳米电子器件、催化剂、电池、电容器、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景。目前已有氧化石墨烯复合材料用于解决污水中的重金属离子及有机污染物的文献报道，但尚未见将氧化石墨烯与水铁矿复合用于水体去磷的研究报道。

水铁矿是一种红棕色的球形纳米颗粒，粒径小、结晶弱，在土壤、水体沉积物等自然环境中分布较广。由于其具有高的反应活性和较大的比表面积，水铁矿常被用作各种污染物的吸附剂。邵兴华等人研究表明，水铁矿(无定形)对磷的吸附无论在容量还是强度方面均比结晶态铁氧化物针铁矿和赤铁矿大得多。水铁矿吸附的磷比针铁矿和赤铁矿所吸附的磷更难解吸；水铁矿的大量活性表面并没有表现出增加磷释放的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水铁矿-石墨烯复合材料，该材料可用于水体去磷中作为吸附剂。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水铁矿-石墨烯复合材料，它是按以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤：

1)取氧化石墨烯，加入5～20倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；

2)向溶胶中加入三价铁盐，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的5～40％，搅拌，用金属碱溶液调节溶胶的pH至7～8，继续搅拌10～60min；

3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤2～5次；

4)将沉淀在40～50℃条件下干燥，粉粹。

优选地，所述氧化石墨烯是直径为0.5～5μm、厚度为0.8～1.2nm的片状氧化石墨烯。

优选地，所述三价铁盐为硝酸铁。

优选地，所述碱溶液为0.5～2mol/L的KOH溶液。

本发明通过将三价铁盐在弱碱性条件反应形成水铁矿，反应的过程中水铁矿同时与氧化石墨烯形成复合物。所得到的复合材料可以同时吸附水体污染中的无机磷与有机磷，而且具有较大的吸附容量，与其它的水体去磷方法相比，本发明具有操作简便、成本低廉、易于控制、易于回收、环境友好等优点。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1

水铁矿-石墨烯复合材料的制备：

1)取直径为0.5～5μm、厚度为0.8～1.2nm的片状氧化石墨烯，加入15倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；

2)向溶胶中加入硝酸铁，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的20％，搅拌，用1mol/L的KOH溶液调节溶胶的pH至7.5，继续搅拌30min；

3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤3次；

4)将沉淀在45℃条件下干燥，粉粹。

经检测，对无机磷的去除率为85％，对有机磷的去除率为95％。

实施例2

水铁矿-石墨烯复合材料的制备：

1)取直径为0.5～5μm、厚度为0.8～1.2nm的片状氧化石墨烯，加入5倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；

2)向溶胶中加入氯化铁，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的10％，搅拌，用0.5mol/L的NaOH溶液调节溶胶的pH至8，继续搅拌15min；

3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤2次；

4)将沉淀在40℃条件下干燥，粉粹。

经检测，对无机磷的去除率为78％，对有机磷的去除率为86％。

实施例3

水铁矿-石墨烯复合材料的制备：

1)取粒径为0.5～5μm的粉末状氧化石墨烯，加入20倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；

2)向溶胶中加入硫酸铁，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的40％，搅拌，用2mol/L的KOH溶液调节溶胶的pH至7，继续搅拌60min；

3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤5次；

4)将沉淀在50℃条件下干燥，粉粹。

经检测，对无机磷的去除率为75％，对有机磷的去除率为85％。

试验例

将人工合成的含磷污水(无机磷含量为2.5mg/L，二嗪磷含量为2.5mg/L)30mL放入50mL塑料离心管中，加入水铁矿-石墨烯复合材料(加入量为含磷污水重量的0.1％)，25℃恒温振荡1小时，结束后检测磷含量并计算去除率。另外以单独加入0.1％水铁矿、0.1％氧化石墨烯，以及同时加入0.05％水铁矿和0.05％氧化石墨烯为三个对照，结果见下表：

表1各种吸附剂对水体磷的去除率(％)

吸附剂种类	对无机磷的去除率(％)	对有机磷的去除率(％)
			水铁矿-石墨烯复合材料	85	95
水铁矿	60	3
			氧化石墨烯	1.8	80
水铁矿+氧化石墨烯	64	82

上述结果表明：(1)本发明制备的水铁矿-石墨烯复合材料不仅对无机磷具有较好的去除效果，而且对有机磷也具有较好的去除效果，从而能更好地防治水体磷污染；(2)水铁矿-石墨烯复合材料对水体磷的去除效果明显优于水铁矿或氧化石墨烯，而且明显优于同时加入水铁矿和氧化石墨烯，这不仅说明水铁矿和氧化石墨烯复合后具有协同增效的作用，同时说明所形成的复合物由于空间结构发生改变，具有更大的吸附容量。

Claims (1)

1.一种同时去除水体中有机磷和无机磷的方法，其特征在于采用水铁矿-石墨烯复合材料作为吸附剂，所述水铁矿-石墨烯复合材料是按以下方法制备得到的，该方法包括以下步骤：

1)取直径为0.5～5μm、厚度为0.8～1.2nm的片状氧化石墨烯，加入15倍重量的蒸馏水，超声溶解形成溶胶；

2)向溶胶中加入硝酸铁，使溶胶中三价铁离子的质量占固溶物质量的20％，搅拌，用1mol/L的KOH溶液调节溶胶的pH至7.5，继续搅拌30min；

3)离心，分离沉淀并用去离子水洗涤3次；

4)将沉淀在45℃条件下干燥，粉粹。