CN106693910A - 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法 - Google Patents

一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106693910A
CN106693910A CN201710058334.8A CN201710058334A CN106693910A CN 106693910 A CN106693910 A CN 106693910A CN 201710058334 A CN201710058334 A CN 201710058334A CN 106693910 A CN106693910 A CN 106693910A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
carbon cloth
solution
water
magnesium
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
CN201710058334.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘会娟
王霄
张弓
刘锐平
胡承志
兰华春
曲久辉
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.)
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Original Assignee
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
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 Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS filed Critical Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority to CN201710058334.8A priority Critical patent/CN106693910A/zh
Publication of CN106693910A publication Critical patent/CN106693910A/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
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • 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
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
    • 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
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic 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
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明提供了一种吸附水中重金属离子和氟化物的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法，涉及饮用水处理技术领域。该吸附布以氧化石墨烯和硝酸镁的混合溶液为沉积液，以碳纤维布为电极，采用恒电压电泳沉积过程制得。该制备方法成本低，简单，环保，易于规模化。所制得的吸附布具有比表面积大、利于物质扩散、柔韧性好、易分离等优点，对铅Pb2+、铜Cu2+、镍Ni2+、镉Cd2+和氟化物F‑的吸附容量大，吸附速率快。采用本发明的吸附布组装的连续流装置去除饮用水中的四种重金属离子的处理出水能达到《生活饮用水卫生标准GB 5749‑2006》的要求。吸附饱和后的吸附布通过简单的乙二胺四乙酸二钠溶液脱附再生法即可恢复其优良的吸附能力。

Description

一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生 方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种去除水中重金属离子、氟化物等污染物的多孔吸附布的制备，应用及再生方法。
背景技术
随着经济社会的发展和人口的快速增长，健康饮用水短缺成了越来越受关注的全球性问题。由于人类对重金属的开采、冶炼及加工活动日益频繁，重金属离子(铅，镉，铜，镍等)以及氟离子进入水体中。重金属因具有强的毒性、持久性、高水溶性及生物不可降解性，并且会在生物体内富集，对生态安全及人类健康产生极大的威胁。饮用水中氟超标会导致氟斑牙或氟骨病，严重的会对人类神经造成损伤。常见的去除水体中重金属离子及氟离子的技术主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜过滤法等。化学沉淀法对低浓度重金属离子去除效果差，且会产生大量难处理的沉渣。常用的离子交换树脂对重金属离子选择性低，易受污染且再生难。膜过滤法能耗高成本大，膜易受污染，操作困难。而吸附法被认为是去除水体中低浓度重金属最简单、经济、有效的方法；并且吸附法不会向所处理的水中引入新的化学物质，被认为是安全的，最有前景的水处理技术。
目前纳米吸附剂因其大的比表面积、好的分散性、高的表面活性而表现出高效的吸附重金属的能力。氧化石墨烯(GO)是一种新型二维碳纳米材料，它表面含有丰富的含氧官能团(羧基、羟基、环氧基、羰基)和离域π电子，可通过络合作用和静电作用吸附重金属。同时氧化石墨烯具有好的化学稳定性，是极具前景的吸附材料。学者研究发现氧化石墨烯对铅、镉、钴的吸附性能分别达到了1850、106.3、68.2mg/g，明显高于其他相关报道的吸附材料。并且吸附速率快，大约15min就能达到吸附平衡。然而，在吸附重金属之后，GO之间静电排斥力降低，容易团聚，从而会引起比表面积下降，导致吸附性能降低。另外GO纳米材料尺寸较小，难以分离回收再生，极大地限制了在吸附领域中的应用。而在实际工程应用中，直接将GO纳米材料应用在固定床反应器或者穿流式反应器中，会使水头发生很大的下降。以上缺陷限制了GO纳米材料在工程中的应用。解决上述问题的一个很好的方法是将GO纳米吸附剂固定在多孔基质上，在减少毒性风险的同时，还可以达到相同或者更好的吸附效率。
发明内容
本发明的目的之一是针对水中的二价重金属离子(铅Pb2+，铜Cu2+，镍Ni2+，镉Cd2+)和氟离子(F-)，提供一种具高效吸附能力的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法；
本发明的目的之二是提供上述除氟吸附材料在饮用水去除离子中的应用方法及其再生方法。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
(一)羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法
羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布采用电泳沉积法制备，其中沉积液为氧化石墨烯与硝酸镁的混合溶液。具体步骤如下：
(1)制备氧化石墨烯分散液
①向5～20mL浓硫酸中加入1～3g过硫酸钾和1～3g五氧化二磷，配制成混合溶液；
②向上述混合溶液中加入1～5g天然石墨粉，并在50～100℃下回流反应4～10h；
③将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入300～500mL去离子水，搅拌5～24h；
④将得到溶液进行固液分离，所述固液分离方法是沉降、离心或膜过滤的中的一种或一种以上的组合；
⑤将得到的固体石墨在30～60℃下干燥；
⑥将上述预处理过的石墨粉加入50～150mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
⑦向浓硫酸石墨混合液中加入5～20g高锰酸钾，之后置于20～50℃水浴中搅拌1～10h；
⑧向反应后的溶液中加入100～300mL去离子水，搅拌1～5h；
⑨向溶液中加入500～1000mL去离子水和10～50mL双氧水(30％)，搅拌均匀；
⑩将得到溶液进行固液分离，所述固液分离方法是沉淀、离心或膜过滤的中的一种或一种以上的组合；
用500～2000mL的盐酸水溶液冲洗上述得到的固体，其中盐酸的摩尔浓度为0.1～1mol/L；
将得到的固体分散在100～500mL去离子水中，超声分散20～60min后得到氧化石墨烯储备液。
(2)制备混合电沉积液
①向一定体积的氧化石墨烯储备液中加入去离子水，配制浓度为1～3mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
②向氧化石墨烯水溶液中边搅拌边加入六水合硝酸镁，其中六水合硝酸镁的质量浓度是氧化石墨烯质量浓度的1～3倍；
③将上述混合后的溶液超声0.5～2h，得到混合电沉积液；
(3)碳纤维布预处理
①将待用碳纤维布浸入曲拉通X-100水分散液中超声1～3h，其中曲拉通水分散液的质量百分比为0.5％～3％，之后用水冲洗；
②将碳纤维布浸入丙酮中超声1～3h，之后用水冲洗；
③将碳纤维布浸入浓硫酸和双氧水(30％)的混合液中超声1～3h，其中浓硫酸体积是双氧水体积的1～5倍；
④将碳纤维布浸入去离子水中超声1～3h，之后用去离子水冲洗干净；将处理后的碳纤维布浸入去离子水中保存。
(4)电泳沉积制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布
①选取两块相同的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极；
②将碳布垂直浸入30～200mL的混合电沉积液中，调整两碳布间距1～3cm；；
③采用恒电压进行沉积，工作电压为3～5V，沉积时间2～30min，沉积的过程伴随着对溶液的搅拌；沉积完成后即得到羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
(二)羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的应用方法
羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布吸附去除离子(铅Pb2+，铜Cu2+，镍Ni2+，镉Cd2+，氟F-)的过程采用连续流装置；将待处理含离子废水pH值调整为4.5～7；待处理废水持续垂直通过10～50层吸附布，进行吸附去除；流速控制为10～100mL/h；保证出水满足《生活饮用水卫生标准GB 5749-2006》。
(三)吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的再生方法
①配制0.05～3mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
②将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应5～60min；
③取出纤维布用去离子水冲洗干净。
本发明具有如下技术优势：
①合成成本低廉、简单、且环保，易于规模化制备；
②多孔结构提供了大的比表面积和物质扩散通道；对多种二价金属离子及氟离子具有高的吸附容量和快的吸附速率；
③碳纤维布柔韧性好，易装配于连续流装置，易使用，并且易分离；且水头损失很小；
④采用乙二胺四乙酸二钠溶液再生，方法简单，再利用效果好。
附图说明
图1、羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的高分辨扫描电镜图。从图a和b中可以看出沉积的羟基镁@氧化石墨烯为多孔网格结构，以氧化石墨烯为骨架。
图2、羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的透射电镜图。从图中可以看出羟基镁均匀分散在氧化石墨烯上。
图3、本发明的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用反应器。附图标记：1.进水箱；2.进水口；3.布水器；4.负载的碳纤维布；5.出水箱；6.出水管
具体实施方式
实施例1
制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布：
(1)向5mL浓硫酸、1g过硫酸钾和1g五氧化二磷混合液中加入1g天然石墨粉，过程在50℃下回流反应4h；
(2)将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入300mL去离子水，搅拌5h，之后采用沉降的方法进行固液分离，将得到的固体在30℃下干燥；
(3)将上述预处理过的石墨粉加入50mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
(4)向其中加入5g高锰酸钾，置于20℃水浴中搅拌1h；之后向其中加入100mL去离子水，搅拌1h；
(5)向溶液中加入500mL去离子水和10mL双氧水(30％)，搅拌均匀后采用离心方法进行固液分离；
(6)用500mL、0.1mol/L盐酸水溶液冲洗上述得到的固体；之后将得到的固体分散在100mL去离子水中，超声20min后得到氧化石墨烯储备液；
(7)调整氧化石墨烯水溶液浓度为1mg/mL，向其中加入六水合硝酸镁，六水合硝酸镁质量浓度为1mg/mL，超声0.5h之后得到混合电沉积液；
(8)将待用碳纤维布依次浸入曲拉通X-100水分散液(0.5％)、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是1:1)、去离子水中分别超声1h，之后用去离子水冲洗；
(9)选取两块2×2cm2的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极，将其垂直浸入30mL混合电沉积液，调整两碳布间距为1cm；
(10)采用恒电压进行沉积，工作电压为3V，沉积时间20min，边搅拌边沉积；沉积完成后即得到羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
将羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用于饮用水除铅Pb2+：
过程采用连续流装置，将待处理含铅Pb2+废水pH值调整为4.5；待处理废水持续垂直通过10层吸附布，进行吸附去除；流速控制为10mL/h；出水达到《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》后排放。
对吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布进行再生：
(1)配制1mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(2)将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应30min；
(3)取出纤维布用去离子水冲洗干净。
实施例2
制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布：
(1)向10mL浓硫酸、2g过硫酸钾和2g五氧化二磷混合液中加入2g天然石墨粉，过程在60℃下回流反应5h；
(2)将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入400mL去离子水，搅拌6h，之后采用离心法进行固液分离，将得到的固体在40℃下干燥；
(3)将上述预处理过的石墨粉加入70mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
(4)向其中加入10g高锰酸钾，置于30℃水浴中搅拌3h；之后向其中加入200mL去离子水，搅拌2h；
(5)向溶液中加入600mL去离子水和20mL双氧水(30％)，搅拌均匀后采用离心方法进行固液分离；
(6)用600mL、0.5mol/L盐酸水溶液冲洗上述得到的固体；之后将得到的固体分散在200mL去离子水中，超声30min后得到氧化石墨烯储备液；
(7)调整氧化石墨烯水溶液浓度为1.5mg/mL，向其中加入六水合硝酸镁，六水合硝酸镁质量浓度为2mg/mL，超声1h之后得到混合电沉积液；
(8)将待用碳纤维布依次浸入曲拉通X-100水分散液(1％)、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是2:1)、去离子水中分别超声2h，之后用去离子水冲洗；
(9)选取两块4×4cm2的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极，将其垂直浸入100mL混合电沉积液，调整两碳布间距为1.5cm；
(10)采用恒电压进行沉积，工作电压为4V，沉积时间10min，边搅拌边沉积；沉积完成后即得到羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
将羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用于饮用水除铜Cu2+：
过程采用连续流装置，将待处理含铅Cu2+废水pH值调整为5；待处理废水持续垂直通过20层吸附布，进行吸附去除；流速控制为30mL/h；出水达到《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》后排放。
对吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布进行再生：
(1)配制0.05mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(2)将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应60min；
(3)取出纤维布用去离子水冲洗干净。
实施例3
制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布：
(1)向15mL浓硫酸、2.5g过硫酸钾和2.5g五氧化二磷混合液中加入3g天然石墨粉，过程在80℃下回流反应5h；
(2)将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入400mL去离子水，搅拌15h，之后采用膜过滤法进行固液分离，将得到的固体在60℃下干燥；
(3)将上述预处理过的石墨粉加入110mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
(4)向其中加入15g高锰酸钾，置于40℃水浴中搅拌5h；之后向其中加入250mL去离子水，搅拌3h；
(5)向溶液中加入700mL去离子水和30mL双氧水(30％)，搅拌均匀后采用离心方法进行固液分离；
(6)用1000mL、0.8mol/L盐酸水溶液冲洗上述得到的固体；之后将得到的固体分散在300mL去离子水中，超声40min后得到氧化石墨烯储备液；
(7)调整氧化石墨烯水溶液浓度为2mg/mL，向其中加入六水合硝酸镁，六水合硝酸镁质量浓度为2mg/mL，超声1.5h之后得到混合电沉积液；
(8)将待用碳纤维布依次浸入曲拉通X-100水分散液(2％)、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是3:1)、去离子水中分别超声2h，之后用去离子水冲洗；
(9)选取两块4×4cm2的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极，将其垂直浸入120mL混合电沉积液，调整两碳布间距为2cm；
(10)采用恒电压进行沉积，工作电压为5V，沉积时间5min，边搅拌边沉积；沉积完成后即得到羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
将羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用于饮用水除镍Ni2+：
过程采用连续流装置，将待处理含镍Ni2+废水pH值调整为6；待处理废水持续垂直通过30层吸附布，进行吸附去除；流速控制为50mL/h；出水达到《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》后排放。
对吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布进行再生：
(1)配制1mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(2)将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应30min；
(3)取出纤维布用去离子水冲洗干净。
实施例4
制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布：
(1)向20mL浓硫酸、3g过硫酸钾和3g五氧化二磷混合液中加入5g天然石墨粉，过程在100℃下回流反应10h；
(2)将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入500mL去离子水，搅拌24h，之后采用膜过滤法进行固液分离，将得到的固体在60℃下干燥；
(3)将上述预处理过的石墨粉加入150mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
(4)向其中加入20g高锰酸钾，置于50℃水浴中搅拌10h；之后向其中加入300mL去离子水，搅拌5h；
(5)向溶液中加入1000mL去离子水和50mL双氧水(30％)，搅拌均匀后采用离心方法进行固液分离；
(6)用2000mL、1mol/L盐酸水溶液冲洗上述得到的固体；之后将得到的固体分散在500mL去离子水中，超声60min后得到氧化石墨烯储备液；
(7)调整氧化石墨烯水溶液浓度为3mg/mL，向其中加入六水合硝酸镁，六水合硝酸镁质量浓度为3mg/mL，超声2h之后得到混合电沉积液；
(8)将待用碳纤维布依次浸入曲拉通X-100水分散液(3％)、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是5:1)、去离子水中分别超声3h，之后用去离子水冲洗；
(9)选取两块4×4cm2的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极，将其垂直浸入200mL混合电沉积液，调整两碳布间距为3cm；
(10)采用恒电压进行沉积，工作电压为5V，沉积时间30min，边搅拌边沉积；沉积完成后即得到基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
将羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用于饮用水除镉Cd2+：
过程采用连续流装置，将待处理含镉Cd2+废水pH值调整为7；待处理废水持续垂直通过50层吸附布，进行吸附去除；流速控制为100mL/h；出水达到《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》后排放。
对吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布进行再生：
(4)配制3mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(5)将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应5min；
(6)取出纤维布用去离子水冲洗干净。
实施例5
制备羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布：
(11)向15mL浓硫酸、2.5g过硫酸钾和3g五氧化二磷混合液中加入5g天然石墨粉，过程在80℃下回流反应10h；
(12)将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入400mL去离子水，搅拌20h，之后采用膜过滤法进行固液分离，将得到的固体在60℃下干燥；
(13)将上述预处理过的石墨粉加入150mL浓硫酸中，并置于冰水浴中；
(14)向其中加入20g高锰酸钾，置于50℃水浴中搅拌10h；之后向其中加入300mL去离子水，搅拌5h；
(15)向溶液中加入1000mL去离子水和50mL双氧水(30％)，搅拌均匀后采用离心方法进行固液分离；
(16)用1000mL、1mol/L盐酸水溶液冲洗上述得到的固体；之后将得到的固体分散在400mL去离子水中，超声60min后得到氧化石墨烯储备液；
(17)调整氧化石墨烯水溶液浓度为3mg/mL，向其中加入六水合硝酸镁，六水合硝酸镁质量浓度为3mg/mL，超声2h之后得到混合电沉积液；
(18)将待用碳纤维布依次浸入曲拉通X-100水分散液(3％)、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是5:1)、去离子水中分别超声3h，之后用去离子水冲洗；
(19)选取两块3×3cm2的碳布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极，将其垂直浸入200mL混合电沉积液，调整两碳布间距为3cm；
(20)采用恒电压进行沉积，工作电压为5V，沉积时间30min，边搅拌边沉积；沉积完成后即得到基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布。
将羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布应用于饮用水除氟F-：
过程采用连续流装置，将待处理含氟F-废水pH值调整为5；待处理废水持续垂直通过20层吸附布，进行吸附去除；流速控制为50mL/h；出水达到《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》后排放。
对吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布进行再生：
(7)配制3mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(8)将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应5min；
(9)取出纤维布用去离子水冲洗干净。

Claims (7)

1.一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布，其特征是以氧化石墨烯和硝酸镁的混合溶液为沉积液，以经除杂氧化预处理的碳纤维布为电极，采用恒电压电泳沉积过程制得。
2.根据权利要求1所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯采用如下方法进行制备：
向5～20mL浓硫酸、1～3g过硫酸钾和1～3g五氧化二磷混合液中加入1～3g天然石墨粉，过程在50～100℃下回流反应4～10h；
将上述溶液置于冰水浴中，向其中加入300～500mL去离子水，搅拌5～24h；
采用沉降、离心或膜过滤的中的一种或一种以上的组合对上述溶液进行固液分离；
将得到的固体石墨在30～60℃下干燥；
将上述预处理过的石墨粉加入50～150mL浓硫酸中；
向浓硫酸石墨混合液中加入5～20g高锰酸钾，之后置于20～50℃水浴中搅拌1～10h；
向反应后的溶液中加入100～300mL去离子水，搅拌1～5h；
向溶液中加入500～1000mL去离子水和10～50mL双氧水(30％)，搅拌均匀；
采用沉降、离心或膜过滤的中的一种或一种以上的组合对上述溶液进行固液分离；
用500～2000mL的盐酸水溶液冲洗上述得到的固体，其中盐酸的摩尔浓度为0.1～1mol/L；
将得到的固体分散在100～500mL去离子水中，超声分散20～60min后得到氧化石墨烯储备液；
向100～500mL的氧化石墨烯储备液中加入500～2000mL去离子水，配制浓度为1～3mg/mL的氧化石墨烯水溶液。
3.根据权利要求1所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法，其特征在于，所述的沉积液采用如下方法进行制备：
向氧化石墨烯水溶液中边搅拌边加入六水合硝酸镁，其中六水合硝酸镁的质量浓度是氧化石墨烯质量浓度的1～3倍；
将上述混合后的溶液超声0.5～2h，得到混合电沉积液。
4.根据权利要求1所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法，其特征在于，所述的除杂氧化预处理方法包括如下步骤：
将待用碳纤维布依次浸入质量百分比为0.5％～3％的曲拉通X-100水分散液、丙酮、浓硫酸和双氧水(30％)的混合液(体积比是1:1～5:1)、和去离子水中分别超声1～3h。
5.根据权利要求1所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备方法，其特征在于，所述的恒电压电泳沉积过程包括如下步骤：
选取两块相同的碳纤维布分别作为电泳沉积过程的工作电极和对电极；
将碳纤维布垂直浸入30～200mL混合电沉积液；
采用恒电压进行沉积，工作电压为3～5V，沉积时间2～30min，沉积的过程伴随着对溶液的搅拌。
6.根据权利要求1-5中所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的应用方法，其特征在于：
将待处理水pH值调整为4.5～7；待处理废水持续垂直通过10～50层碳纤维布吸附去除水中重金属或氟化物；待处理废水流经碳纤维布反应器的流速范围为10～100mL/h。
7.根据权利要求1-5所述的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的再生方法，其特征在于，对于吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布，采用如下方法进行再生：
配制0.05～3mol/L的乙二胺四乙酸二钠溶液；
将吸附饱和的羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布放入乙二胺四乙酸二钠溶液中，在充分搅拌的条件下反应5～60min；
取出纤维布用去离子水冲洗干净。
CN201710058334.8A 2017-01-23 2017-01-23 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法 Pending CN106693910A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710058334.8A CN106693910A (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710058334.8A CN106693910A (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106693910A true CN106693910A (zh) 2017-05-24

Family

ID=58909790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710058334.8A Pending CN106693910A (zh) 2017-01-23 2017-01-23 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106693910A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107970895A (zh) * 2017-12-15 2018-05-01 云南圣清环保科技有限公司 一种重金属镉的生物吸附材料的制备与应用
CN108993603A (zh) * 2018-08-01 2018-12-14 江阴双良石墨烯光催化技术有限公司 一种在石材表面附着石墨烯光催化剂的方法
CN110010895A (zh) * 2019-03-27 2019-07-12 浙江大学 碳纤维负载氧化镁颗粒交联纳米片阵列复合材料及其制备方法和应用
CN113786808A (zh) * 2021-11-15 2021-12-14 因达孚先进材料(苏州)有限公司 一种高密度多孔碳纤维吸附剂的制备方法
CN114639555A (zh) * 2022-02-24 2022-06-17 长春工业大学 一种多孔薄层还原氧化石墨烯、碳纤维柔性电极材料及其制备方法
CN117504817A (zh) * 2023-10-09 2024-02-06 北京科技大学 Mg(OH)2/碳纳米纤维膜及其制备方法和在重金属离子吸附中的应用

Citations (2)

* 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
CN105696312A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 西北工业大学 酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性碳纤维的方法

Patent Citations (2)

* 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
CN105696312A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 西北工业大学 酸化辅助电泳沉积引发氧化石墨烯沉积改性碳纤维的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAIFENG WANG，ET.AL.: "Electrophoretic deposition of graphene oxide on continuous carbon fibers for reinforcement of both tensile and interfacial strength", 《COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *
张盼: "海洋生物材料和碳纳米材料对水中有害离子的吸附性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107970895A (zh) * 2017-12-15 2018-05-01 云南圣清环保科技有限公司 一种重金属镉的生物吸附材料的制备与应用
CN108993603A (zh) * 2018-08-01 2018-12-14 江阴双良石墨烯光催化技术有限公司 一种在石材表面附着石墨烯光催化剂的方法
CN108993603B (zh) * 2018-08-01 2021-04-13 江苏双良环境科技有限公司 一种在石材表面附着石墨烯光催化剂的方法
CN110010895A (zh) * 2019-03-27 2019-07-12 浙江大学 碳纤维负载氧化镁颗粒交联纳米片阵列复合材料及其制备方法和应用
CN110010895B (zh) * 2019-03-27 2021-01-19 浙江大学 碳纤维负载氧化镁颗粒交联纳米片阵列复合材料及其制备方法和应用
CN113786808A (zh) * 2021-11-15 2021-12-14 因达孚先进材料(苏州)有限公司 一种高密度多孔碳纤维吸附剂的制备方法
CN113786808B (zh) * 2021-11-15 2022-02-22 因达孚先进材料(苏州)有限公司 一种高密度多孔碳纤维吸附剂的制备方法
CN114639555A (zh) * 2022-02-24 2022-06-17 长春工业大学 一种多孔薄层还原氧化石墨烯、碳纤维柔性电极材料及其制备方法
CN114639555B (zh) * 2022-02-24 2023-12-08 长春工业大学 一种多孔薄层还原氧化石墨烯、碳纤维柔性电极材料及其制备方法
CN117504817A (zh) * 2023-10-09 2024-02-06 北京科技大学 Mg(OH)2/碳纳米纤维膜及其制备方法和在重金属离子吸附中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106693910A (zh) 一种羟基镁@氧化石墨烯负载的碳纤维布的制备、应用及再生方法
Jin et al. Sustainable electrochemical extraction of metal resources from waste streams: from removal to recovery
Yang et al. Electrochemical recovery and high value-added reutilization of heavy metal ions from wastewater: Recent advances and future trends
Fei et al. Recent progress in removal of heavy metals from wastewater: A comprehensive review
CN107117690B (zh) 电催化氧化处理难降解污染物的装置及方法
CN105731624B (zh) 一种利用非均相类Fenton反应催化氧化处理反渗透浓水的方法
CN110734120B (zh) 一种纳米零价铁镍活化过硫酸盐的水处理方法
Bharath et al. Designed assembly of Ni/MAX (Ti3AlC2) and porous graphene-based asymmetric electrodes for capacitive deionization of multivalent ions
CN103739043A (zh) 一种光催化三维电极/电芬顿体系的粒子电极及制备方法
CN103464091A (zh) 一种改性膨润土负载纳米铁材料及其制备方法
CN101348297B (zh) 一种含重金属离子废水的处理方法
CN106824112A (zh) 一种2‑巯基嘧啶改性磁性棉秆皮吸附剂的制备
CN104258816B (zh) 一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法
CN106673140B (zh) 电化学反应器及电催化去除氯离子的方法
CN108262002B (zh) 一种去除锑的Fe-Ti二元氧化物吸附剂的制备方法及应用
Wang et al. Self-sustained bioelectrical reduction system assisted iron–manganese doped metal-organic framework membrane for the treatment of electroplating wastewater
CN112978874A (zh) 利用流动电极电容去离子装置净化含碘盐废水的方法
CN107244719A (zh) 一种周期性倒极处理电镀含铬废水的方法
CN106986424A (zh) 一种电‑磁协同强化微电解处理高浓度工业废液和回收高值重金属的方法
CN101863564A (zh) 基于树脂和沸石的饮用水源水深度净化处理方法
Yang et al. Capacitive deionization of high concentrations of hexavalent chromium using nickel–ferric-layered double hydroxide/molybdenum disulfide asymmetric electrode
CN117446949B (zh) 银改性生物炭负载纳米零价铁材料的制备方法及其应用
CN114262034A (zh) 一种利用聚乙烯醇/壳聚糖/石墨烯/亚铁氰化镍铜复合物分离盐湖卤水中铷的方法
CN112978875A (zh) 阴极流动电极液、流动电极电容去离子装置及其应用
CN105502733A (zh) 一种协同去除及选择性回收废水中重金属阳离子和非金属阴离子的方法

Legal Events

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

Application publication date: 20170524

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication