CN108080033A - 一种高效降解工业废水污染物的生物合法方法 - Google Patents

一种高效降解工业废水污染物的生物合法方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法。主要包括以下工艺步骤：a.玉米芯的清洗：b.氧化石墨烯的制备：c.硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液的制备：d.硫酸铜‑氧化石墨烯‑玉米芯的制备；e.高催化性铜纳米粒子‑石墨烯‑玉米芯复合基底材料的制备：一方面石墨烯的大比表面积包覆大量的铜纳米粒子，提高了铜纳米粒子在使用过程中的抗氧化性，另一方面均匀分布的铜纳米粒子增大了石墨烯层间间距，有效的阻止石墨烯的团聚。所制备的铜纳米粒子‑石墨烯‑玉米芯复合材料绿色环保，能够高效的降解水体污染物，循环使用性能好。

Description

一种高效降解工业废水污染物的生物合法方法
技术领域
本发明提供了一种高效降解工业废水污染物的生物合法方法，属于材料化学制备技术领域。
背景技术
铜纳米粒子因粒径小、比表面积高、反应活性位点多等优点，已广泛应用于催化领域。然而，由于表面能较高，其长期放置会造成粒子间的不可逆团聚；同时金纳米粒子表面的活性剂也会阻碍活性位点与反应物的接触。这些因素都不可避免地降低了金颗粒在水相体系中的催化活性，因此，需要寻找合适的基底材料对其加以负载。石墨烯由于其高的比表面积、高的导电性和优异的化学稳定性成为负载铜纳米粒子的理想载体，且氧化还原法制备的石墨烯工艺成熟，成本低，易于大规模生产，利用两者的协同效应使得复合材料具有优异的催化、电化学传感和气体传感等性能。玉米芯作为一种常见的生物材料，其疏松多孔结构可以作为金属纳米粒子附着的宏观载体，且价格低廉。高孔隙的玉米芯可以非常稳定与铜纳米粒子、石墨烯进行有效的复合。玉米芯丰富致密的空洞结构，使铜纳米粒子与石墨烯的结合扩展到三维尺度，具有更高的比表面积和更多的电子传输通道，具备更加优异的电学性能和优异的催化传感性能。
直接将玉米芯浸入一定体积比的氯金酸、氧化石墨烯混合液自组装一段时间，取出烘干。用绿色还原剂抗坏血酸一步还原铜离子、氧化石墨烯，一步快速制备高催化性铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料，步所制备的铜纳米粒子均匀分布在三维骨架石墨烯表面不易团聚,充分利用石墨烯、铜纳米粒子各自优异的电学、催化和传感等性能的协同效应，所制备的复合材料反应活性位点多、比表面积大、生物相容性好、导电性好，在催化、气体传感、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供了一种高效降解工业废水污染物的生物合法方法，利用多孔玉米芯作为生物合成高效降解水体污染物的基底，氧化石墨烯表面丰富的负载官能团作为铜离子静电吸附的载体，在较低温度下一步还原出石墨烯和高催化性能的铜纳米粒子，利用两者的协同作用，一方面石墨烯的大比表面积包覆大量的铜纳米粒子，提高了铜纳米粒子在使用过程中的抗氧化性，另一方面均匀分布的铜纳米粒子增大了石墨烯层间间距，有效的阻止石墨烯的团聚。所制备的铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料绿色环保，能够高效的降解水体污染物，循环使用性能好。
技术方案：本发明所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法包括以下步骤：
a.玉米芯的清洗：将玉米芯分别用丙酮、乙醇、去离子水清洗，以去除表面污染物，再烘干；
b.氧化石墨烯的制备：用强氧化剂将石墨粉末进行充分的氧化，将多余的强氧化剂用双氧水去除，得到氧化石墨烯溶液；
c.硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液的制备：分别配置氧化石墨烯溶液和硫酸铜溶液，在室温下进行自组装；
d.硫酸铜-氧化石墨烯-玉米芯的制备；将洗净的玉米芯浸泡在硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中自组装，烘干；
e.高催化性铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料的制备：配制抗坏血酸溶液，将组装好的硫酸铜-氧化石墨烯-玉米芯浸入所述抗坏血酸溶液中进行高温反应一段时间取出样品洗净烘干，就得到高催化性能铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合基底材料。
其中：
步骤b中，采用的强氧化剂是浓硫酸、浓磷酸或高锰酸钾，其中石墨粉与高锰酸钾的质量比为1：5-1：7，石墨粉与浓硫酸或浓磷酸的体积比为8：1-10：1。
步骤c中，配制的氧化石墨烯溶液的浓度为1-2mg/ml，配制的硫酸铜的浓度为0.1-0.2mg/ml。
步骤c中，配制的氧化石墨烯溶液、硫酸铜溶液体积比为5：1-20：1。
步骤c中，自组装的时间为3-5h。
步骤d中，自组装时间为5-10h。
步骤d中，烘干温度设置为45-55℃。
步骤e中，所配置的抗坏血酸的浓度为0.003-0.006mg/ml。
步骤e中，所述的高温反应，其温度为70-80℃，反应时间为15-25min。
有益效果：该方法利用多孔玉米芯作为生物合成高效降解水体污染物的基底，氧化石墨烯表面丰富的负载官能团作为铜离子静电吸附的载体，在较低温度下一步还原出石墨烯和高催化性能的铜纳米粒子，利用两者的协同作用，一方面石墨烯的大比表面积包覆大量的铜纳米粒子，提高了铜纳米粒子在使用过程中的抗氧化性，另一方面均匀分布的铜纳米粒子增大了石墨烯层间间距，有效的阻止石墨烯的团聚。所制备的铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料绿色环保，能够高效的降解水体污染物，循环使用性能好。
具体实施方式
本发明的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法如下：
氧化石墨烯的制备：将18-20g高锰酸钾加入到3-4g研磨好的石墨粉中，用玻璃棒进行充分的搅拌；将上述混合物加入到360-400ml浓硫酸和40-50ml浓磷酸混合液中，在50-60℃下搅拌12-14h；取10-15ml的双氧水加入适量的去离子水中，密封放在冰箱冷冻室里制成冰；将氧化后的石墨烯加入到上述含有双氧水的冰中，以去除多余的硫酸根离子；对去除硫酸根离子后的石墨烯进行反复的离子，即可得到实验所需的氧化石墨烯水溶液。
硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液的制备：配置1-2mg/ml的氧化石墨烯溶液和0.1-0.2mg/ml硫酸铜溶液并按照5：1-20：1体积比在室温下自组装3-5h。
硫酸铜-氧化石墨烯-玉米芯的制备：将洗净的玉米芯浸泡在硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中自组装5-10h，然后放置于45-55℃的烘干台上烘干。
高催化性铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料的制备：配制浓度为0.003-0.006mg/ml的抗坏血酸溶液，将制备的硫酸铜-氧化石墨烯-泡沫镍浸入上述溶液中在70-80℃下反应15-25min，取出样品洗净烘干，就得到高催化性能铜纳米簇-石墨烯-泡沫镍复合基底材料。
实施方式1：
(1)将18g高锰酸钾加入到3g研磨好的石墨粉中，用玻璃棒进行充分的搅拌；将上述混合物加入到360ml浓硫酸和40ml浓磷酸混合液中，在50℃下搅拌12h；取10ml的双氧水加入适量的去离子水中，密封放在冰箱冷冻室里制成冰；将氧化后的石墨烯加入到上述含有双氧水的冰中，以去除多余的硫酸根离子；对去除硫酸根离子后的石墨烯进行反复的离子，即可得到实验所需的氧化石墨烯水溶液。
(2)配置1mg/ml的氧化石墨烯溶液和0.1mg/ml硫酸铜溶液并按照5：1体积比在室温下自组装3h。
(3)将洗净的泡沫镍浸泡在组装好的硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中，室温下自组装5h，然后放置于45℃的烘干台上烘干。
(4)配制浓度为0.003mg/ml的抗坏血酸溶液，将烘干的硫酸铜-氧化石墨烯-泡沫镍浸入上述溶液中在70℃下反应15min，取出样品洗净烘干，就得到高催化性铜纳米-石墨烯-泡沫镍复合材料。
实施方式2：
(1)将19g高锰酸钾加入到3.5g研磨好的石墨粉中，用玻璃棒进行充分的搅拌；将上述混合物加入到380ml浓硫酸和45ml浓磷酸混合液中，在55℃下搅拌13h；取13ml的双氧水加入适量的去离子水中，密封放在冰箱冷冻室里制成冰；将氧化后的石墨烯加入到上述含有双氧水的冰中，以去除多余的硫酸根离子；对去除硫酸根离子后的石墨烯进行反复的离子，即可得到实验所需的氧化石墨烯水溶液。
(1)将18g高锰酸钾加入到3g研磨好的石墨粉中，用玻璃棒进行充分的搅拌；将上述混合物加入到360ml浓硫酸和40ml浓磷酸混合液中，在50℃下搅拌12h；取10ml的双氧水加入适量的去离子水中，密封放在冰箱冷冻室里制成冰；将氧化后的石墨烯加入到上述含有双氧水的冰中，以去除多余的硫酸根离子；对去除硫酸根离子后的石墨烯进行反复的离子，即可得到实验所需的氧化石墨烯水溶液。
(2)配置1mg/ml的氧化石墨烯溶液和0.1mg/ml硫酸铜溶液并按照10：1体积比在室温下自组装4h。
(3)将洗净的泡沫镍浸泡在组装好的硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中，室温下自组装7h，然后放置于50℃的烘干台上烘干。
(4)配制浓度为0.0035mg/ml的抗坏血酸溶液，将烘干的硫酸铜-氧化石墨烯-泡沫镍浸入上述溶液中在75℃下反应20min，取出样品洗净烘干，就得到高催化性铜纳米粒子-石墨烯-泡沫镍复合材料。
实施方式3：
(1)将20g高锰酸钾加入到4g研磨好的石墨粉中，用玻璃棒进行充分的搅拌；将上述混合物加入到400ml浓硫酸和50ml浓磷酸混合液中，在60℃下搅拌14h；取15ml的双氧水加入适量的去离子水中，密封放在冰箱冷冻室里制成冰；将氧化后的石墨烯加入到上述含有双氧水的冰中，以去除多余的硫酸根离子；对去除硫酸根离子后的石墨烯进行反复的离子，即可得到实验所需的氧化石墨烯水溶液。
(2)配置1mg/ml的氧化石墨烯溶液和0.1mg/ml硫酸铜溶液并按照15：1体积比在室温下自组装5h。
(3)将洗净的泡沫镍浸泡在组装好的硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中，室温下自组装10h，然后放置于55℃的烘干台上烘干。
(4)配制浓度为0.004mg/ml的抗坏血酸溶液，将烘干的硫酸铜-氧化石墨烯-泡沫镍浸入上述溶液中在80℃下反应25min，取出样品洗净烘干，就得到高催化性铜纳米粒子-石墨烯-泡沫镍复合材料。

Claims (9)

1.一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.玉米芯的清洗：将玉米芯分别用丙酮、乙醇、去离子水清洗，以去除表面污染物，再烘干；
b.氧化石墨烯的制备：用强氧化剂将石墨粉末进行充分的氧化，将多余的强氧化剂用双氧水去除，得到氧化石墨烯溶液；
c.硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液的制备：分别配置氧化石墨烯溶液和硫酸铜溶液，在室温下进行自组装；
d.硫酸铜-氧化石墨烯-玉米芯的制备；将洗净的玉米芯浸泡在硫酸铜、氧化石墨烯混合溶液中自组装，烘干；
e.高催化性铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合材料的制备：配制抗坏血酸溶液，将组装好的硫酸铜-氧化石墨烯-玉米芯浸入所述抗坏血酸溶液中进行高温反应一段时间，取出样品洗净烘干，就得到高催化性能铜纳米粒子-石墨烯-玉米芯复合基底材料。
2.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤b中，采用的强氧化剂是浓硫酸、浓磷酸或高锰酸钾，其中石墨粉与高锰酸钾的质量比为1：5-1：7，石墨粉与浓硫酸或浓磷酸的体积比为8：1-10：1。
3.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤c中，配制的氧化石墨烯溶液的浓度为1-2mg/ml，配制的硫酸铜的浓度为0.1-0.2mg/ml。
4.根据权利要求3所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤c中，配制的氧化石墨烯溶液、硫酸铜溶液体积比为5：1-20：1。
5.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤c中，自组装的时间为3-5h。
6.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤d中，自组装时间为5-10h。
7.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤d中，烘干温度设置为45-55℃。
8.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤e中，所配置的抗坏血酸的浓度为0.003-0.006mg/ml。
9.根据权利要求1所述的一种高效降解工业废水污染物基底材料的生物合法方法，其特征在于步骤e中，所述的高温反应，其温度为70-80℃，反应时间为15-25min。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110115981A (zh) * 2019-05-16 2019-08-13 齐鲁理工学院 一种氧化石墨烯/玉米芯复合材料及其制备方法和应用
US11304304B2 (en) 2019-11-11 2022-04-12 International Business Machines Corporation Ionic contaminant cleaning

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015054337A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Emory University Heterocyclic coupling catalysts and methods related thereto
CN105289498A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 东南大学 一种生物质炭-碳纳米材料复合物的制备方法
CN105964308A (zh) * 2016-05-27 2016-09-28 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种污水处理用催化剂载体材料的制备方法
CN106563416A (zh) * 2016-11-15 2017-04-19 常熟市凯力达蜂窝包装材料有限公司 一种玉米芯改性吸附剂的制备方法
CN106832425A (zh) * 2016-09-20 2017-06-13 济南圣泉集团股份有限公司 高性能的石墨烯复合纳米纤维素及其制备方法、应用
CN107115844A (zh) * 2017-06-14 2017-09-01 廖航 铜基三维石墨烯材料及利用其处理偏二甲肼废水的方法
CN107354336A (zh) * 2017-07-14 2017-11-17 东南大学 一种金‑还原氧化石墨烯‑泡沫镍复合材料的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015054337A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Emory University Heterocyclic coupling catalysts and methods related thereto
CN105289498A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 东南大学 一种生物质炭-碳纳米材料复合物的制备方法
CN105964308A (zh) * 2016-05-27 2016-09-28 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种污水处理用催化剂载体材料的制备方法
CN106832425A (zh) * 2016-09-20 2017-06-13 济南圣泉集团股份有限公司 高性能的石墨烯复合纳米纤维素及其制备方法、应用
CN106563416A (zh) * 2016-11-15 2017-04-19 常熟市凯力达蜂窝包装材料有限公司 一种玉米芯改性吸附剂的制备方法
CN107115844A (zh) * 2017-06-14 2017-09-01 廖航 铜基三维石墨烯材料及利用其处理偏二甲肼废水的方法
CN107354336A (zh) * 2017-07-14 2017-11-17 东南大学 一种金‑还原氧化石墨烯‑泡沫镍复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韩宝平: "《固体废物处理与利用》", 30 June 2010, 华中科技大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110115981A (zh) * 2019-05-16 2019-08-13 齐鲁理工学院 一种氧化石墨烯/玉米芯复合材料及其制备方法和应用
US11304304B2 (en) 2019-11-11 2022-04-12 International Business Machines Corporation Ionic contaminant cleaning

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