CN109503040B - 一种石墨烯滤水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯滤水砖及其制备方法。所述方法包括：将氧化石墨烯和水混合均匀，形成石墨烯分散液；将水泥加入石墨烯分散液中，搅拌均匀，形成浆液，其中，氧化石墨烯占水泥的0.01～2wt％；将石墨烯/沙石填料加入浆液中搅拌均匀，倒入模具中陈化凝结，待水泥固化后，养护，得石墨烯滤水砖，其中，水泥占石墨烯/沙石填料的4～25wt％，其中，石墨烯/沙石填料通过将沙石和占沙石0.1～10wt％的固态碳源加入水中搅拌均匀并干燥，随后于600～900℃惰性气氛下反应制得。本发明能够过滤掉污水中所含的污染物质，例如油污等，从而实现污水处理且具有简单环保易操作的优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水净化材料技术领域，具体涉及，一种能够用于过滤含油污水的石墨烯滤水砖、以及制备该石墨烯滤水砖的方法。
背景技术
近年来水污染越来越严重，污水处理已经成为人们不得不面对的重大问题，所以开发出新型的污水处理方法和污水处理技术是解决污水处理难题的当务之急。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的一个目的在于提供一种制备新的石墨烯滤水砖的方法。本发明的另一目的在于通过一种能够用于污水过滤的新型滤水砖。
本发明的一方面提供了一种石墨烯滤水砖的制备方法，所述方法包括以下步骤：将氧化石墨烯和水混合均匀，形成石墨烯分散液；将水泥加入所述石墨烯分散液中，搅拌均匀，形成浆液，其中，所述氧化石墨烯的重量占所述水泥重量的0.01～2wt％；将石墨烯/沙石填料加入所述浆液中搅拌均匀，随后倒入模具中陈化凝结，待水泥固化后，养护，得到石墨烯滤水砖，其中，所述水泥的重量占所述石墨烯/沙石填料重量的4～25wt％，其中，所述石墨烯/沙石填料通过将沙石、占所述沙石重量0.1～10wt％的固态碳源加入水中搅拌均匀并干燥，随后于600～900℃的惰性气氛下反应而制得。
本发明的另一方面提供了一种石墨烯滤水砖，所述石墨烯滤水砖由如上所述的方法得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：滤水砖结构中的微孔可以渗透过水，而形成在其内的石墨烯层等又可以吸收掉水中所含的污染物质，例如油污等，从而实现污水处理。另外，本发明还可具有简单环保容易操作，且大规模应用前景广阔等优点。
附图说明
图1示出了污水经过本发明一个示例性实施例的滤水砖过滤后的照片。
图2示出了过滤装置及作为污水的油水混合样品的图片。
图3中的a示出了图1的俯视图，即过滤污水后的滤水砖的俯视图；图3中的b示出了滤液的细节图。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的石墨烯滤水砖及其制备方法。
在本发明的一个示例性实施例中，所述石墨烯滤水砖的制备方法由形成石墨烯/沙石填料、形成含有氧化石墨烯和水泥的浆料的步骤、以及将前述填料和前述浆料形成滤水砖的步骤构成。
具体来讲，形成石墨烯/沙石填料的步骤可以通过将预定量的沙石、重量占该沙石重量0.1～10wt％的固态碳源加入水中搅拌均匀并干燥，随后于600～900℃的惰性气氛(例如，氩气)下反应而制得石墨烯包覆的沙石，即为石墨烯/沙石填料。这里，所述水的使用量以能够为沙石和固态碳源提供足以搅拌均匀的液相环境为宜。例如，水的使用量可以为沙石重量的5～20wt％。本步骤中，所述固态碳源可以为诸如葡萄糖、蔗糖、饴糖和多聚糖等糖类碳源中的一种或者多种。然而，本发明不限于此，例如，固态碳源也可以为柠檬酸、多巴胺、沥青等。固态碳源的加入量也可占沙石重量的3～7wt％。沙石表面生长石墨烯层时的温度以600～900℃为宜，优选可以为720～780℃。太低的温度会导致石墨化程度不够，太高的温度会耗能且对沙石性能有影响。
形成含有氧化石墨烯和水泥的浆料的步骤可通过先形成石墨烯分散液，然后向石墨烯分散液中加入水泥，并搅拌均匀的方式实现。石墨烯分散液中氧化石墨烯的重量可以占水泥加入量的0.01～2wt％，例如，也可占0.7～1.5wt％。具体来讲，可通过将氧化石墨烯和水充分混合均匀，形成石墨烯分散液。氧化石墨烯可以为层数在几层至几十层(例如，3层至30层)、且含有含氧官能团的层状石墨。为了获得分散效果更好的石墨烯分散液，可使用超声震荡的方式，也可使用添加分散剂的方式，也可同时添加分散剂并进行超声震荡。这里分散剂可以为PEG系列、SDBS系列、PVP系列等，分散剂的加入量可以为0.1～2％；超声震荡的时间可以为0.5～1.5h。
以填料和浆料形成滤水砖的步骤可通过将石墨烯/沙石填料加入含有氧化石墨烯和水泥的浆液中搅拌均匀，随后倒入模具中进行陈化凝结，待水泥固化后，养护，从而得到石墨烯滤水砖。其中，含有氧化石墨烯和水泥的浆液中的水泥的重量可占石墨烯/沙石填料重量的4～25wt％，优选地可占10～20wt％。水泥含量太低会导致滤水砖强度降低，水泥含量太高会导致滤水砖的空隙太少，滤水效果下降。对填料和浆液的搅拌以搅拌均匀为宜，例如，搅拌时间可以为0.5～20h。
这里，所述模具可以为各种期望的形状。也就是说，本发明的方法制备的砖结构可以根据不同的使用环境制备出不同的形状，便于实际操作。模具可以为可拆卸模具，以便在水泥固化后且在养护之前，将模具拆除。所述模具也可以为不可拆卸的框架，从而该不可拆卸的框架可以与其内物料一体化形成外部带有框架结构的石墨烯滤水砖。
在本发明的另一个示例性实施例中，石墨烯滤水砖的制备方法在上述示例性实施例的工序步骤基础上，其形成浆液的步骤不仅在石墨烯分散液中加入水泥，还向该石墨烯分散液中加入添加剂。例如，添加剂可以为分散剂、减水剂和消泡剂中的一种或多种。这里的分散剂可以为PEG系列、SDBS系列、PVP系列；减水剂可以为木质素磺酸盐类、萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系、聚羧酸系减水剂等；消泡剂可以为有机硅类消泡剂，矿物油类消泡剂，聚醚类消泡剂，脂肪醇类消泡剂。消泡剂亦可称为除泡剂。添加剂的加入量可以占水泥重量的0.1～2wt％。
示例1
向容器中加入225重量份的水，再依次加入15重量份葡萄糖、1350重量份标准砂在80℃情况下搅拌干燥，然后转入750℃的通有惰性气体的环境中高温处理3h，冷却干燥后得到石墨烯/沙石填料。
以50重量份水和2重量份的氧化石墨烯充分混合，并超声震荡1h，形成石墨烯分散液。随后，加入100重量份水泥，搅拌15min，得到含有氧化石墨烯和水泥的浆料。
向浆料中加入1300重量份的石墨烯/沙石填料，在水泥砂浆搅拌机中搅拌10min。倒入模具中室温陈化凝结，水泥固化后，拆除模具养护10天，获得石墨烯滤水砖。
示例2
向容器中加入300重量份的水，再依次加入50重量份蔗糖、1350重量份标准砂进行搅拌，干燥，然后转入700℃的通有惰性气体的环境中高温处理3.5h，冷却干燥后得到石墨烯/沙石填料。
以80重量份水和2重量份的氧化石墨烯充分混合，并超声震荡2h，形成石墨烯分散液。随后，加入200重量份水泥，搅拌30min，得到含有氧化石墨烯和水泥的浆料。
向浆料中加入1350重量份的石墨烯/沙石填料，在水泥砂浆搅拌机中搅拌10min。倒入模具中室温陈化凝结，水泥固化后，拆除模具养护7天，获得石墨烯滤水砖。
在本发明的另一个示例性实施例中，为了方便操作将滤水砖样品直接成型在过滤装置内部，如图1的上部。图2示出了过滤装置及作为污水的油水混合样品的图片，图2中并未设置本发明的滤水砖。图1示出了滤水砖对含机油污水的过滤情况。图3中的a显示了过滤污水后，成型在过滤装置内部的滤水砖的俯视图。图3中的b显示了污水经滤水砖过滤后获得的净化水的情况。经试验观察，图3中的b所得到的净化水仅有少许油污，如该图中箭头所指的三处。需要说明书的是，图3中的b的下部的大片灰黑色区域为吸附油污后的滤水砖的倒影而非实际的油污。参照图1至图3，可以看出，本发明的一个示例性实施例的滤水砖具有良好的污水过滤效果，尤其是对于含有油污的水具有良好的过滤效果。
综上所述，本发明的滤水砖结构中的微孔可以渗透过水，而形成在其内的石墨烯层等又可以吸收掉水中所含的污染物质，例如油污等，从而实现污水处理。也就是说，本发明具有简单环保容易操作，且大规模应用前景广阔等优点。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (9)
1.一种处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯和水混合均匀，形成石墨烯分散液；
将水泥加入所述石墨烯分散液中，搅拌均匀，形成浆液，其中，所述氧化石墨烯的重量占所述水泥重量的0.01～2％；
将石墨烯/沙石填料加入所述浆液中搅拌均匀，随后倒入模具中陈化凝结，待水泥固化后，养护，得到处理含油污污水的石墨烯滤水砖，其中，所述水泥的重量占所述石墨烯/沙石填料重量的4～25％，
其中，所述石墨烯/沙石填料通过将沙石和占所述沙石重量0.1～10％的固态碳源加入水中搅拌均匀并干燥，随后于600～900℃的惰性气氛下反应而制得，所述石墨烯/沙石填料为通过在沙石表面生长石墨烯层而形成的石墨烯包覆的沙石。
2.根据权利要求1所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述形成石墨烯分散液的步骤还包括在将氧化石墨烯和水混合均匀的过程中加入分散剂。
3.根据权利要求2所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述分散剂的加入量占石墨烯分散液重量的0.01～2.0％。
4.根据权利要求1所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述形成浆液的步骤还包括在将水泥加入所述石墨烯分散液的过程中，加入添加剂。
5.根据权利要求4所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述添加剂为减水剂、除泡剂和增强剂中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述添加剂的加入量占所述水泥重量的0.1～10％。
7.根据权利要求1所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述固态碳源为葡萄糖、蔗糖、饴糖和多聚糖中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的处理含油污污水的石墨烯滤水砖的制备方法，其特征在于，所述模具为不拆卸的框架或为制备特殊形貌的可拆卸框架。
9.一种处理含油污污水的石墨烯滤水砖，其特征在于，所述石墨烯滤水砖由如权利要求1至8中任意一项所述的方法得到。
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