CN110711564B - 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 - Google Patents
一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110711564B CN110711564B CN201910900444.3A CN201910900444A CN110711564B CN 110711564 B CN110711564 B CN 110711564B CN 201910900444 A CN201910900444 A CN 201910900444A CN 110711564 B CN110711564 B CN 110711564B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene oxide
- silicon dioxide
- polyaniline
- solution
- composite material
- 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.)
- Active
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 108
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 title claims abstract description 45
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 33
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 20
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims abstract description 14
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 32
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 12
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 12
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 claims description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 6
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 5
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 abstract 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 125000000879 imine group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- -1 printing Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
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
- B01J20/02—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
- B01J20/205—Carbon nanostructures, e.g. nanotubes, nanohorns, nanocones, nanoballs
-
- 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
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
-
- 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
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
-
- 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
- B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
- B01J20/262—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds, e.g. obtained by polycondensation
-
- 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
- B01J20/28047—Gels
-
- 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
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
- B01J31/06—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
- B01J31/069—Hybrid organic-inorganic polymers, e.g. silica derivatized with organic groups
-
- B01J35/23—
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
Abstract
本发明公开了一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合气凝胶材料的制备方法及其在印染废水处理中的应用。该方法主要是以氧化石墨烯为基底，负载二氧化硅微球，进一步修饰聚苯胺。合成在自然条件下对有机染料具有优异吸附催化性能的复合材料。主要技术特征是：按一定的比例加入氧化石墨烯、氨基化的二氧化硅微球、苯胺、过硫酸铵、聚乙烯醇等原材料，通过冷冻干燥制得该材料。该复合材料对罗丹明B具有较强的吸附催化能力，处理速度快、效率高、材料易分离回收，可多次重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备方法与应用技术，特别涉及功能化氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备及在印染废水处理中的应用技术。
背景技术
工业废水的处理问题是全世界目前重点关注的难题之一。大量排放的废水中残存的有机染料成为导致现阶段水处理过程复杂、降解成本高、处理效率低的主要因素。染料在工业生产中应用非常广泛，所涉及的行业有纺织、印刷、皮革、颜料等。然而，水中染料含量偏高会导致水体富营养化，造成水中生物大量死亡，给生态环境带来极大破坏。同时，有研究发现，过高浓度的有机染料会对人体红细胞和神经系统的部分功能产生负面影响，严重时甚至危及生命。因此，寻找高效易行的方法来降低工业印染废水中的超量染料是目前急需解决的首要问题，对保护生态与人体健康具有重要意义。
现如今，已有多种方法应用于印染废水的处理，如生物法、物理法、化学法等。而物理法中的吸附法因具有操作简便、对环境的干扰小、效率高、成本低等的优点被广泛应用。但传统的吸附剂具有吸附容量低、吸附成本高等的不足，限制了其实际应用，因此，近年来各领域专家学者致力于研发各种新型吸附材料，改进传统吸附工艺，大幅提升了吸附效率。石墨烯气凝胶是近年来受到广泛关注的新型材料，其具有比表面积大、密度低、大孔孔道结构丰富的优点，有利于吸附水中的大分子污染物，且便于回收利用。但是常见的石墨烯气凝胶又存在机械性能不好，在水中易分解等的缺点，限制了其在各个方面的应用。因此，如何提高气凝胶的机械性能和稳定性对于其应用具有重要意义。在申请号为CN109437166A的专利中公开了一种还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法并将其应用于吸附有机污染物，因其疏水性，并不能对溶解于水中的有机污染物具有良好的吸附性能。申请号为CN109535485A的专利中公开了一种磁性纤维素/氧化石墨烯高效环保吸附气凝胶的制备方法，该专利所公开的方法对水中的重金属离子具有良好的吸附性能且便于回收，但在实际应用中，需要大量的磁铁才能回收材料，实际应用的可能性不大。
随着科技的发展，单一的工艺手段已经越来越不能满足人们对废水处理的需求，有越来越多的科技工作者着力于研究多个工艺协同作用的方法，以期达到更好的处理效果，在保证净化质量的同时降低使用成本。聚苯胺是苯胺单体在引发剂作用下形成的聚合物。其兼具化学稳定性好、结构特殊、低毒、无腐蚀性、导电性能良好等优点，除此以外，聚苯胺具有的多孔结构与其所携带的亚胺基团，令其在吸附方面有着广阔的前景，聚苯胺及其衍生材料在经过深入研究后被用于废水处理。在申请号CN107983323A中公布了一种纳米铜修饰的聚苯胺基纳米复合吸附剂及其制备方法与应用，该材料也表明了聚苯胺对水中的有机污染物具有良好的吸附性能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合材料的制备方法，主要以氧化石墨烯为基体，负载二氧化硅微球，进一步修饰聚苯胺，合成对水中污染物具有一定吸附性能以及催化性能的复合气凝胶。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
1. 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，步骤如下：
（1） 将0.4~0.8 g二氧化硅微球分散至20~40 mL的甲苯与0.3~0.6 mL的 3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合液中，超声处理30 min至分散均匀后，移至105˚C油浴锅中加热6 h，离心，分别用甲苯与无水乙醇洗涤三次，移入60˚C真空干燥箱中，干燥得到NH2-SiO2微球；
（2） 将10 mL、3~10 mg/mL的氧化石墨烯溶液以及同体积、同浓度的NH2-SiO2微球溶液混合，加入25~35 mg的十二烷基硫酸钠，超声30 min搅拌1 h至混匀，得到分散液A；
移取25~50 μL苯胺至3~5 mL、1 mol/L的盐酸中，冰浴下搅拌至溶解，加入至分散液A中，超声20 min得到分散液B；
取61.3~122.5 mg的过硫酸铵分散到5 mL的二次水中，并加入至分散液B中，冰浴下搅拌12 h，离心后，分别用乙醇和二次水洗涤至中性，得到聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合产物，将其分散至10 mL二次水中，得到分散液C；
称取0.3~0.5 g分子量为1788的聚乙烯醇于15~20 mL二次水中，90˚C油浴加热至全部溶化，冷却至室温，将分散液C逐滴加入并搅拌1 h交联，将该溶液静置30 min，-40˚C下冷冻干燥36 h，制得聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料。
所述超声，处理条件为80 Hz、1000 W。
所述二氧化硅微球，采用Stober溶胶-凝胶法制备，步骤如下：
32 mL无水乙醇与18 mL浓氨水超声分散在50 ml 二次水中，室温下磁力搅拌30min至混匀，得分散液a；
9 mL正硅酸乙酯与51 mL无水乙醇的混合，超声处理10 min，得分散液b；
在快速搅拌分散液a的同时，向其中逐滴滴入分散液b，调慢搅拌速度，继续搅拌6h，离心，用无水乙醇洗涤三次，移入60˚C真空干燥箱中干燥过夜，得到二氧化硅微球。
所述的氧化石墨烯采用修正的Hummers方法制备，步骤如下：
称取1.5 g石墨粉加入至180 mL浓硫酸与20 mL磷酸的混合液中，冰浴下搅拌30min至混匀；将9.0 g高锰酸钾缓慢加入上述混合液中，充分搅拌2 h，转移至50 ˚C油浴锅中继续搅拌12 h，冷却至室温，将反应溶液置于冰水浴中，向混合液中缓慢加入1.5 mL、30%过氧化氢溶液和200 mL二次水，搅拌2 h，离心，用1%盐酸离心洗涤三次并用二次水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氧化石墨烯。
2. 如上所述的制备方法制备的一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料用于吸附催化水中污染物的应用，步骤如下：
（1）罗丹明B标准溶液的制备
准确称取0.0025 g罗丹明B溶于水，定容至250 mL容量瓶中，配制成10 mg/L的标准溶液，分别量取30 mL标准溶液于六个小烧杯中，其中三个小烧杯中各滴加1 mL、30%的过氧化氢溶液；
（2）吸附催化
将0.0100 g聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料加入到上述溶液中，室温下振荡，5 min后吸取出5 mL于离心管中，每隔10 min重复上述步骤；
（3）吸附率与催化率的计算
分别测定不同时刻取出溶液的吸光度，即可计算不同时刻的吸附率和催化率。
本发明制得的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料对罗丹明B的吸附率和催化率分为79.78%和89.55%。
本发明的优点及效果是：
（1）本发明获得了集吸附与催化功能于一体的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料，主要以氧化石墨烯为基体，负载二氧化硅微球，进一步修饰上聚苯胺，该法合成的材料因添加了二氧化硅微球，其与氧化石墨烯片层上的官能团相互作用，阻碍了氧化石墨烯在水中的团聚，保留了氧化石墨烯具有大比表面积的优点，同时在形成气凝胶的过程中，连结在一起的二氧化硅微球形成骨架增强了气凝胶的机械性能且有效改善了气凝胶在水中易分散的缺点，不仅可以吸附水中的污染物，而且吸附和催化两过程同时进行对水中污染物的处理；
（2）本发明制备的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料制备过程简单，原材料成本低廉、方便易得，具有实际生产应用的可行性；
（3）本发明制备的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料不仅具备了原材料所具有的稳定性高、吸附容量大等优点，而且具有孔多、易回收、可再生等优点，有利于材料与水溶液充分接触，实现对有机染料的充分吸附，且吸附速率较快；
（4）本发明制备的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料不仅可以吸附催化水中的有机染料，同时对水中的重金属离子、其他不溶于水的有机物质具有一定的吸附性能，而且可以通过简单的挤压操作即可再次使用。
具体实施方式
实施例1
（1） 将0.6 g二氧化硅微球分散至20 mL甲苯与0.3 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷混合液中，超声处理30 min至分散均匀后，移至105˚C油浴锅中加热6 h，离心，分别用甲苯与无水乙醇洗涤三次，移入60˚C真空干燥箱中，干燥得到NH2-SiO2微球；
（2） 将10 mL、5 mg/mL的氧化石墨烯溶液以及同体积、同浓度的NH2-SiO2微球溶液混合，加入25 mg的十二烷基硫酸钠，超声30 min搅拌1 h至混匀，得到分散液A；
移取50 μL的苯胺至3 mL、1 mol/L的盐酸中，冰浴下搅拌至溶解，加入至分散液A中，超声20 min得到分散溶液B；
取122.5 mg过硫酸铵分散到5 mL二次水中，并加入至分散液B中，冰浴下搅拌12h，离心后，分别用乙醇和二次水洗涤至中性，得到聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合产物，将其分散至10 mL二次水中，得到分散液C；
称取0.3 g分子量为1788的聚乙烯醇于17 mL二次水中，90˚C油浴加热至全部溶化，冷却至室温，将分散液C逐滴加入并搅拌1 h交联，将该溶液静置30 min，-40℃下冷冻干燥36 h，制得聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料。
实施例2
（1） 将0.6 g二氧化硅微球分散至30 mL甲苯与0.5 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷混合液中，超声处理30 min至分散均匀后，移至105˚C油浴锅中加热6 h，离心，分别用甲苯与无水乙醇分别洗涤三次，移入60˚C真空干燥箱中，干燥得到NH2-SiO2微球；
（2） 将10 mL、6 mg/mL的氧化石墨烯溶液以及同体积、同浓度的NH2-SiO2微球溶液混合，加入30 mg的十二烷基硫酸钠，超声30 min搅拌1 h至混匀，得到分散液A；
移取50 μL的苯胺至3 mL、1 mol/L的盐酸中，冰浴下搅拌至溶解，加入至分散液A中，超声20 min得到分散溶液B；
取122.5 mg过硫酸铵溶解到5 mL二次水中，并加入分散液B中，冰浴下搅拌12 h，离心后，分别用乙醇和二次水洗涤至中性，得到聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合产物，将其分散至10 mL二次水中，得到分散液C；
称取0.5 g分子量为1788聚乙烯醇于17 mL二次水中，90˚C油浴加热至全部溶化，冷却至室温。将分散液C逐滴加入并搅拌1 h交联，将该溶液静置30 min，-40℃下冷冻干燥36 h，制得聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料。
实施例3
实施例1和实施例2所用的二氧化硅微球，采用Stober溶胶-凝胶法制备，步骤如下：
32 mL无水乙醇与18 mL浓氨水超声分散在50 ml 二次水中，室温下磁力搅拌30min至混匀，得分散液a；
9 mL正硅酸乙酯与51 mL无水乙醇的混合，超声处理10 min，得分散液b；
在快速搅拌分散液a的同时，向其中逐滴滴入分散液b，调慢搅拌速度，继续搅拌6h，离心，用无水乙醇洗涤三次，移入60 ˚C真空干燥箱中干燥过夜，得到单分散二氧化硅微球。
实施例4
实施例1和实施例2所用的氧化石墨烯采用修正的Hummers方法制备，步骤如下：
称取1.5 g石墨粉加入至180 mL浓硫酸与20 mL磷酸的混合液中，冰浴下搅拌30min至混匀；将9.0 g高锰酸钾缓慢加入上述混合液中，充分搅拌2 h，转移至50 ˚C油浴锅中继续搅拌12 h，冷却至室温，将反应溶液置于冰水浴中，向混合液中缓慢加入1.5 mL、30%过氧化氢和200 mL二次水，搅拌2 h，离心，用1%盐酸离心洗涤三次并用二次水洗涤至中性，冷冻干燥，得到氧化石墨烯。
实施例5
以实施例1或实施例2制得的聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料用于吸附及催化废水中有机染料的应用：以罗丹明B为研究对象，吸附及催化后采用紫外分光光度法检测吸光度，其步骤如下：
（1）罗丹明B标准溶液的制备
准确称取0.0025 g罗丹明B溶于超纯水，定容至250 mL容量瓶中，配制成10 mg/L的标准溶液，分别量取30 mL标准溶液于六个小烧杯中，其中三个小烧杯中各滴加1 mL、30%的过氧化氢溶液；
（2）吸附催化
将0.0100 g聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料加入到上述溶液中，室温下震荡，5 min后吸取出5 mL于离心管中，每隔10 min重复上述步骤；
（3）吸附率与催化率的计算
分别测定不同时刻取出溶液的吸光度，即可计算不同时刻的吸附率和催化率，其中吸附率达79.78%，而加入过氧化氢后对罗丹明B的处理量高达89.55%。
Claims (6)
1.一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征是，在于该方法具有以下工艺步骤：
（1）将0.4~0.8 g二氧化硅微球分散至20~40 mL的甲苯与0.3~0.6 mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合液中，超声处理30 min至分散均匀后，移至105℃ 油浴锅中加热6 h，离心，分别用甲苯与无水乙醇洗涤三次，移入60℃ 真空干燥箱中，干燥得到NH2-SiO2微球；
（2）将10 mL、3~10 mg/mL的氧化石墨烯溶液以及同体积、同浓度的NH2-SiO2微球溶液混合，加入25~35 mg的十二烷基硫酸钠，超声30 min搅拌1 h至混匀，得到分散液A；
移取25~50 μL苯胺至3~5 mL 1 mol/L的盐酸中，冰浴下搅拌至溶解，加入至分散液A中，超声20 min得到分散液B；
取61.3~122.5 mg过硫酸铵分散到5 mL的二次水中，并加入至分散液B中，冰浴下搅拌12 h，离心后，分别用乙醇和二次水洗涤至中性，得到聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯复合产物，将其分散至10 mL二次水中，得到分散液C；
称取0.3~0.5 g分子量为1788的聚乙烯醇于15~20 mL二次水中，90℃ 油浴加热至全部溶化，冷却至室温，将分散液C逐滴加入并搅拌1 h交联，将该溶液静置30 min，-40℃ 下冷冻干燥36 h，制得聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅微球，采用Stober溶胶-凝胶法制备。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯采用修正的Hummers方法制备。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声，处理条件为80 Hz、1000 W。
5.根据权利要求1所述的制备方法制备的一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料用于吸附催化水中污染物的应用。
6.根据权利要求5所述的吸附催化水中污染物的应用，其特征在于，对罗丹明B的吸附与催化过程同时存在，步骤如下：
（1）罗丹明B标准溶液的制备
准确称取0.0025 g罗丹明B溶于水，定容至250 mL容量瓶中，配制成10 mg/L的标准溶液，分别量取30 mL标准溶液于六个小烧杯中，其中三个小烧杯中各滴加1 mL、30%的过氧化氢溶液；
（2）吸附催化
将0.0100 g聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料加入到上述溶液中，室温下振荡，5 min后吸取出5 mL于离心管中，每隔10 min重复上述步骤；
（3）吸附率与催化率的计算
分别测定不同时刻取出溶液的吸光度，即可计算不同时刻的吸附率和催化率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910900444.3A CN110711564B (zh) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910900444.3A CN110711564B (zh) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110711564A CN110711564A (zh) | 2020-01-21 |
| CN110711564B true CN110711564B (zh) | 2021-06-22 |
Family
ID=69209999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910900444.3A Active CN110711564B (zh) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110711564B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111849018B (zh) * | 2020-04-30 | 2021-04-13 | 中南大学 | 一种累托石基阻燃气凝胶及其制备和应用 |
| CN113058645B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-04-12 | 福州大学 | 一种共轭法制备的石墨烯芳香族聚酰胺复合功能滤料 |
| CN113549385B (zh) * | 2021-07-28 | 2023-03-10 | 辽宁鹏维化工制漆有限责任公司 | 一种水性防静电环氧地坪漆及其制备方法 |
| CN115739032A (zh) * | 2022-08-30 | 2023-03-07 | 江苏恰瑞生物科技有限公司 | 用于分解精氨酸的血液灌流器石墨烯填料的制备方法 |
| CN116003059B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-05-07 | 山东华美建材有限公司 | 一种环保墙体砖及其加工方法 |
| CN116516685B (zh) * | 2023-04-19 | 2024-03-22 | 重庆文理学院 | 一种生理监控多功能传感器的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102824883A (zh) * | 2012-08-27 | 2012-12-19 | 北京理工大学 | 石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶、制备方法及应用 |
| CN104072764A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-10-01 | 南京邮电大学 | 一种聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN106633863A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-10 | 河南师范大学 | 具有高效吸附活性的3d聚苯胺/石墨烯气凝胶复合吸油材料及其制备方法 |
| CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN108927112A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-04 | 佛山皖和新能源科技有限公司 | 一种石墨烯复合气凝胶吸附剂 |
| CN108997576A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-14 | 西安工业大学 | 共价键结合聚苯胺纳米棒-石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-09-23 CN CN201910900444.3A patent/CN110711564B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102824883A (zh) * | 2012-08-27 | 2012-12-19 | 北京理工大学 | 石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶、制备方法及应用 |
| CN104072764A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-10-01 | 南京邮电大学 | 一种聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN106633863A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-10 | 河南师范大学 | 具有高效吸附活性的3d聚苯胺/石墨烯气凝胶复合吸油材料及其制备方法 |
| CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN108997576A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-14 | 西安工业大学 | 共价键结合聚苯胺纳米棒-石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法 |
| CN108927112A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-04 | 佛山皖和新能源科技有限公司 | 一种石墨烯复合气凝胶吸附剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110711564A (zh) | 2020-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110711564B (zh) | 一种聚苯胺/二氧化硅/氧化石墨烯气凝胶复合材料的制备和应用 | |
| CN112679731B (zh) | 一类含有磺酸基团的共价有机框架材料及其制备和应用 | |
| CN101298038B (zh) | 一种用于废水处理的凝胶吸附剂 | |
| CN108393097B (zh) | 一种含有氧化还原介体的铁基金属-有机骨架材料类Fenton催化剂制备方法 | |
| CN106732470A (zh) | 一种2‑巯基嘧啶改性磁性碳纳米管多孔吸附剂的制备 | |
| WO2022193674A1 (zh) | 一种处理罗丹明b废水的麦羟硅钠石/聚吡咯吸附材料及其制备方法与应用 | |
| CN107583624A (zh) | 一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合微球及其制备方法和应用 | |
| CN103447008A (zh) | 一种三组分阳离子染料吸附剂及其制备方法 | |
| CN103524674A (zh) | 一种吸附重金属离子的复合水凝胶的制备方法及其产品 | |
| CN105597697A (zh) | 一种竹炭蒙脱土复合吸附剂及其制备方法 | |
| US11638910B1 (en) | Lanthanum-iron-loaded carbon nanotube film for environmental restoration, preparation and application thereof | |
| CN104399427A (zh) | 一种多孔二氧化硅微球吸附剂的制备方法及应用 | |
| CN109939663A (zh) | 一种自上浮吸附剂的制备方法及应用 | |
| CN103524671A (zh) | 一种吸附重金属离子的温敏水凝胶的制备方法及其产品 | |
| CN103554328A (zh) | 一种吸附重金属离子的pH敏感水凝胶的制备方法及其产品 | |
| CN113680313A (zh) | 一种易再生的亚甲基蓝吸附剂的制备方法 | |
| CN102962039A (zh) | 改性聚苯胺吸附剂的制备和应用 | |
| CN113023818A (zh) | 一种水净化材料 | |
| CN102863646B (zh) | 一种松香基多孔聚合物微球的制备方法 | |
| Liu et al. | Post-synthetic functionalization of UiO-66-NH2 by polyacrylamide and polyvinylimidazolium salt brushes via ATRP and adsorption behavior | |
| CN106589359A (zh) | 一种机械化学制备聚酚胺复合材料的方法 | |
| CN113600150B (zh) | 一种以减压渣油制备磁性超交联聚合物的方法 | |
| CN106745600A (zh) | 一种皂土/聚硅酸铝铁复合絮凝剂、制备方法及其应用 | |
| CN102671617B (zh) | 一种用于吸附难降解有机污染物的材料的制备方法 | |
| CN113617342A (zh) | 一种氨基化甘蔗渣/石墨烯复合气凝胶的制备方法及其在废水处理中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |