CN110975827A - 木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，该木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料比表面积大、活性吸附位点多，具有较强地吸附金属离子能力，尤其是对Cr(VI)具有很好的吸附效果，通过解吸‑吸附实验对于材料的回收再利用，经过5个循环后，保留了88％的效率；其制备方法简单，实验条件温和，成本和能耗较低，废水处理效果高，复合材料解吸吸附后重复利用效率高，无二次污染。

Description

木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及吸附材料领域，具体涉及一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合 材料及其制备方法与应用。
背景技术
在多个工业过程中使用的铬Cr化学物质(比如：皮革鞣制、铬矿石开采、 钢铁和合金生产、染料和颜料制造、玻璃行业、木材防腐、纺织行业、电影 和摄影、金属清洗以及电镀等)，对Cr(VI)的处置方法不当会导致天然水 的污染。Cr具有剧毒作用，铬的浓度范围很大(从5.2至208000mg/L)，已 知其化合物具有剧毒，而Cr(VI)是最剧毒的形式，对活生物体具有致癌性 和致突变性。此外，它会导致肝损伤，肺部充血并引起皮肤刺激，从而形成 溃疡。
目前，化学沉淀、电解、反渗透、离子交换、膜分离、吸附和氧化还原 是去除废水中六价铬的常规方法。但是，上述方法的高投资成本限制了它们 在除去Cr(VI)方面的适用性。因此，迫切需要使用新型、可生物降解、高 效、低成本和环保的复合材料进行降解处理。
关于木质素和石墨烯的研究及其在工业水处理中的应用已有报道，并且 有许多关于水处理Cr(VI)的文献。尤其是木质素，是生物质中仅次于纤维 素的第二大可再生材料，是制备各种功能材料以及低成本，低毒性的非常有 前途的原材料。由于存在酚、羟基、羰基、甲氧基和醛基，木质素及其衍生 物已被证明是去除工业废水中的重金属离子(例如Hg(II)、Cr(VI)、Cu (II)、Pb(II))和有毒染料(例如Procion Blue MX-R染料、活性染料Brilliant Red HE-3B、刚果红、Eriochrome蓝黑色R)的极佳吸附剂。木质素作为一种 廉价而丰富的天然高分子材料，具有良好的生物相容性，可更新性，完全的 生物降解性和环境友好性，引起了研究者的广泛关注。其中，木质素磺酸盐 (SL)被广泛使用，但它的复杂性以及顽强性，使其功能应用困难。此阶段 的一大挑战是如何克服这些功能缺陷，并使它们能够实现高价值的应用。
石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状的 二维碳质新材料，具有比表面积大、化学性质稳定、电子迁移率高等特性。 氧化石墨烯(GO)是经石墨烯化学氧化，其具有大量的含氧官能团，例如羟 基和羧基，并且它是一种亲水性物质，与许多溶剂具有良好的相容性。然而， 具有单分子层的GO易于堆积以产生自交联，堵塞孔隙并影响吸附效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种木质素磺酸钠/ 氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，该木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合 材料比表面积大、活性吸附位点多，具有较强地吸附金属离子能力，尤其是 对Cr(VI)具有很好的吸附效果，通过解吸-吸附实验对于材料的回收再利用， 经过5个循环后，保留了88％的效率；其制备方法简单，实验条件温和，成 本和能耗较低，废水处理效果高，复合材料解吸吸附后重复利用效率高，无 二次污染。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(一)一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料，包括以下原料：氧化石 墨烯溶液和木质素磺酸钠溶液。
优选的，所述氧化石墨烯溶液与所述木质素磺酸钠溶液的质量比为 (1-100):(1-2)。
进一步优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/mL，所述氧化石墨烯 溶液与所述木质素磺酸钠溶液的体积比为1:1。
(二)一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步 骤：
步骤1，配制氧化石墨烯溶液，备用；
步骤2，向所述氧化石墨烯溶液中加入木质素磺酸钠溶液，超声，得混合 液；
步骤3，将所述混合液倒入含特氟龙内衬的反应釜内，反应，冷却至室温， 冲洗，即得。
优选的，步骤1中，所述氧化石墨烯溶液的配制方法为：将氧化石墨烯加 入去离子水中，在频率为80-120KHZ条件下超声20-30min，得氧化石墨烯溶液。
优选的，步骤2中，所述超声的频率为80-120KHZ，超声的时间为20-30min。
优选的，步骤3中，所述反应的温度为160-200℃，反应的时间为10-14h。
优选的，步骤3中，所述冲洗采用去离子水冲洗。
(三)一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料在废水处理中的应用。
优选的，所述木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料用于吸附废水中的铬离 子。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料具有较强的抗干扰 能力，受环境中干扰影响较小，吸附率高，非常适合对工业废水中重金属离 子的去除，尤其对一些常见的如铅Pb(II)、铬Cr(VI)等重金属离子具有很 好的吸附效果，工业化前景较好；且具有良好的可再生循环利用能力，可通 过解吸-吸附实验对于材料的回收再利用，经过5个循环后，保留了88％的效率， 可提高材料的利用率，从而降低使用成本。
(2)木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法简单，易于操作，对 实验的设备要求也不高，所用材料成本也较低，总体木质素磺酸钠/氧化石墨 烯的制备成本和能耗较低；制作工艺及吸附过程中绿色无二次污染，所使用 的材料均属无毒或低毒的材料，操作安全性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为红外光谱图；其中，a-c图分别为对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶 (GO-gel)、实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯水凝胶复合材料 (SL-GO-gel)以及制备的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料吸附Cr(VI)后 的红外光谱图；其中，横坐标为波长，单位为cm-1；纵坐标为透射率，单位为％；
图2为不同放大倍数下的扫描电镜图；其中a-c图分别为对比例1所得的氧 化石墨烯水凝胶(GO-gel)分别放大10000、7000以及3500倍的扫描电镜图； d-f分别为实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)分 别放大10000、7000以及3500倍的扫描电镜图；
图3为X射线衍射图；其中，图a为对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶的XPS 图谱；图b为实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料XPS图谱；其 中，横坐标为结合能，单位为eV；纵坐标为计数率；
图4为氧化石墨烯与木质素磺酸钠不同质量比对木质素磺酸钠/氧化石墨 烯复合材料吸附Cr(VI)的影响；其中，横坐标为氧化石墨烯与木质素磺酸 钠的质量比；纵坐标为吸附容量，单位为mg/g；
图5为pH对木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料吸附Cr(VI)的影响；其 中，横坐标为pH，纵坐标为吸附容量，单位为mg/g；
图6为反应温度对木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料吸附Cr(VI)的影响； 其中，横坐标为温度，单位为K；纵坐标为吸附容量，单位为mg/g；
图7为Cr(VI)初始浓度对木质素磺酸钠基三维纳米复合材料吸附Cr(VI)的影响；其中，横坐标为Cr(VI)初始浓度，单位为mg/L；纵坐标为吸附容 量，单位为mg/g；
图8为接触时间对木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料吸附Cr(VI)的影响； 其中，横坐标为接触时间，单位为h；纵坐标为吸附容量，单位为mg/g；
图9为木质素磺酸钠/氧化石墨烯三维纳米复合材料(SL-GO-gel)去除 Cr(VI)的回收利用效率图；其中，横坐标为次数，纵坐标为再生效率，单位为％。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技 术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的 范围。
实施例1
一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)的制备方法，包括 以下步骤：
步骤1，配制氧化石墨烯溶液(GO)：取10mL浓度为10mg/mL氧化石墨烯 加入100mL的容量瓶中，加去离子水定容至100mL，在频率为100KHZ条件下 超声20min，即得浓度为1mg/mL的氧化石墨烯溶液。
步骤2，取10mL的浓度为1mg/mL的氧化石墨烯溶液，加入10mL浓度为 1mg/mL的木质素磺酸钠溶液，超声25min，得混合液。
步骤3，将混合液倒入15mL含特氟龙内衬的反应釜内，在180℃条件下反 应12h，冷却至室温，用镊子夹出，去离子水多次冲洗，洗涤去除木质素磺酸 钠/氧化石墨烯复合材料中多余的杂质，即得纯化后的木质素磺酸钠/氧化石墨 烯复合材料。
对比例1
一种氧化石墨烯水凝胶(GO-gel)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，配制氧化石墨烯溶液(GO)：取10mL浓度为10mg/mL氧化石墨烯 加入100mL的容量瓶中，加去离子水定容至100mL，在频率为100KHZ条件下 超声20min，即得浓度为1mg/mL的氧化石墨烯溶液。
步骤2，取10mL的浓度为1mg/mL的氧化石墨烯溶液，倒入15mL含特氟龙 内衬的反应釜内，在180℃条件下反应12h，冷却至室温，用镊子夹出，去离 子水多次冲洗，洗涤去除多余的杂质，即得纯化后的氧化石墨烯水凝胶 (SL-GO-gel)
试验
将实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)和对 比例1所得的氧化石墨烯水凝胶(GO-gel)分别用于去除水溶液中的Cr(VI)离子，并使用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X 射线光电子能谱(XPS)进行了一些表征研究，确定吸附过程中Cr(VI)离子 与SL-GO-gel之间的相互作用方式。
1)Cr吸附试验方法
取100mL的废水，废水中的初始Cr浓度为300mg/mL，采用0.1M盐酸或 0.1M氢氧化钠调节废水的pH值为2，加入实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石 墨烯复合材料(SL-GO-gel)，在温度为338K条件下进行了接触时间为18h的 吸附实验，过滤，得净化后的废水。
分别对对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶(GO-gel)、实施例1所得的木 质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)以及上述净化后的废水进行红 外光谱测试，试验，试验结果分别如图1a、图1b、图1c所示。
分别对对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶(GO-gel)、实施例1所得的木 质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)进行电镜扫描和X射线衍射， 试验结果分别如图2、图3所示。
2)试验结果：
图1为对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶(GO-gel，1mg/mL)、实施例1 所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel，GO:SL质量比＝1:1； GO,1mg/mL；SL,1mg/mL)、以及木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料吸附Cr (Laden SL-GO-gel)的红外光谱(FT-IR)图。
由图1可知，光谱显示在3500-3250cm-1处有一个波形很宽的钝峰，最低值 在3400cm-1；此外1900-1500cm-1处有一个尖锐的吸收峰，最低值在1635cm-1， 这些是羧基存在的一个明显标志。3400cm-1处的钝峰可能是由于羧酸中形成 氢键的O-H键伸缩振动引起，1635cm-1处的吸收峰是由C＝O键引起。此外，在 3650cm-1左右形成的一个强烈的吸收峰，说明存在游离的羟基；在3300cm-1 左右有一个较小的吸收峰，说明实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合 材料(SL-GO-gel，GO:SL＝1:1，GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)中存在少量氢 键缔合的酚羟基。1130cm-1处的尖锐的吸收峰可能是由于碳氧(C-O)键的吸 收振动引起的，1050cm-1处尖锐的吸收峰可能是由于硫氧(S＝O)键的吸收振 动引起的。1590cm-1处的吸收峰可能是由于芳香环骨架吸收振动形成的，表示 实施例1所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的前驱体本来就有的结构， 属于典型的木质素红外吸收峰。
图2为不同放大倍数下的SEM扫描电镜图；其中，a、b、c分别指对比例1 所得的未经木质素磺酸钠修饰的氧化石墨烯水凝胶(GO-gel，GO，1mg/mL)放大10000、7000、3500倍的扫描电镜图；e、f、g分别指实施例1所得的木质 素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel，GO:SL＝1:1，GO，1mg/mL；SL， 1mg/mL)放大10000、7000、3500倍的扫描电镜图。
图2中a、b、c图可知，未经处理的氧化石墨烯水凝胶粗糙，且片层GO-gel 结构易发生堆叠产生自交联，堵塞孔隙，影响吸附效果。图2中e、f、g图可知， 木质素磺酸钠修饰过的样品(SL-GO-gel)具有指向分明且相互联系贯通的立 体三维多孔网状结构，表面光滑，有大量大小不等分布较均匀的空洞且孔隙 壁更薄，形状以圆形或椭圆形为主。
图3为X射线衍射图；其中，图a为对比例1所得的氧化石墨烯水凝胶 (GO-gel，GO，1mg/mL)的XPS图谱；图b为实施例1所得的木质素磺酸钠/ 氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel，GO:SL＝1:1，GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)的XPS图谱。
通过XPS谱进一步研究了表面化学的变化。由图3可知，反容量的C-1s谱 表明，木质素的固有分子结构中醚键的作用，使得从GO到SL-GO-gel的碳氧 单键强度及面积急剧增加，其中心位置为286.2eV。计算得到GO-gel和 SL-GO-gel的碳氧(C-O)基团相关的碳含量分别是12.0％和30.6％。
本发明利用氧化石墨烯作为修饰材料，在提供大的接触面积(利于火星 集团与重金属离子的接触)的同时，还有利于电子传导；另外氧化石墨烯表 面富含大量含氧官能团，各种含氧基团的引入可以在氧化石墨烯本身的基础 上大大提升材料的重金属离子吸附能力，也使得它易于被有机分子功能化。 木质素磺酸钠/氧化石墨烯三维纳米复合材料与木质素基以及石墨烯基相比， 其吸附剂的吸附位点提高了与重金属离子的接触几率，更利于金属离子在液 相中的富集。从得到的红外光谱图、扫描电镜照片以及X射线衍射光谱图可知， 木质素磺酸钠通过一步水解法与氧化石墨烯片层结合，形成了木质素磺酸钠/ 氧化石墨烯三维纳米复合材料。
实施例2
对水中重金属Cr(VI)的吸附去除实验中，在分批处理实验中测试了GO： SL质量比、pH、初始Cr(VI)浓度、接触时间、温度以及可重复使用性对吸 附容量的影响，为开发可再生和可持续的吸收性材料提供了一种简便的方法， 而且在生物质废物的高价值应用中显示出广阔的前景。
1、GO：SL质量比对吸附容量的影响
为了确定对Cr(VI)吸附性能的影响，制备了GO:SL的质量比分别为100:1、 70:1、50:1、40:1、30:1、20:1、10:1、1:1、1:2的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复 合材料(SL-GO-gel)以及纯GO-gel(GO，1mg/mL，具体制备方法参考对比例 1)。其中，不同质量比的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的具体制备方法 参考对比例1，不同GO:SL质量比的确定为：取10mL的浓度为1mg/mL的氧化 石墨烯溶液，分别加入10mL不同浓度(0.01-2mg/mL)的木质素磺酸钠溶液。
将制得的9种不同GO:SL质量比的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料以 及纯GO-gel用于废水中的Cr吸附，具体试验条件同实施例1，试验结果如图4所示。
由图4可知，在氧化石墨烯与木质素磺酸钠(GO:SL)质量比不同的条件下， 呈现不同的吸附量。吸附容量值在GO:SL质量比100:1增加到1:1范围内吸附量 从1001.65mg/g增加到1743.85mg/g。在GO:SL质量比由1:1降至1:2范围内吸附 容量的值呈现降低趋势。吸附能力取决于吸附活性位点的数量和三维多孔结 构提供的吸附表面。基于上述原因，采用GO:SL的最优质量比为1:1进行结构 表征和后续吸附实验。
2、pH对吸附容量的影响
在GO:SL质量比为1:1(GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)、初始Cr浓度为 100mg/L、初始温度为308K下进行了接触时间为18h的吸附实验，研究不同初 始溶液pH值(pH值为1-8)对SL-GO-gel吸附废水(废水体积为100mL)中的 Cr(VI)离子的影响，试验结果如图5所示。
溶液的pH值是一个重要的参数，它与水在生物吸附剂表面的生物吸附机 制有关，揭示了水溶液中物种与生物质的吸附位点的理化界面性质。由图5可 知，在相同的初始浓度为100mg/mL、起始温度为308K的水溶液中进行18h 接触时间的吸附实验，当pH值从1.0变为2.0时，Cr(VI)的吸附容量显着增加。 但是，当pH值超过2.0时，随着pH值的升高，Cr(VI)的吸附容量急剧下降。
由Cr(VI)在SL-GO-gel上的吸附结果表明，Cr(VI)主要是由于Cr(VI)离子与SL-GO-gel上存在的含氧活性官能团之间的静电相互作用凝胶表面电 荷分布。总之，当pH＝2时，SL-GO-gel对Cr(VI)的吸附效果最好。为了消 除不利因素，此后在pH＝2下进行实验。
3、温度对吸附容量的影响
在GO:SL质量比为1:1(GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)、初始Cr浓度为 300mg/L、pH为2.0下进行了接触时间为18h的吸附实验，研究温度变化 (308-358K)对SL-GO-gel吸附废水(废水体积为100mL)中Cr(VI)离子的 影响，试验结果如图6所示。
由图6可知，温度低于338K时，SL-GO-gel对Cr(VI)的吸附效率随温度 的升高而增加，吸附量呈上升趋势。然而，当温度超过338K时，吸附容量没 有增加而是减少了；即温度越高，SL-GO-gel对Cr(VI)的吸附效果越好，这 是不正确的。
4、初始Cr浓度对吸附容量的影响
在GO:SL质量比为1:1(GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)、温度为338K、pH 为2.0下进行了接触时间为18h的吸附实验，研究初始Cr浓度(50、100、200、 300、400mg/mL)对SL-GO-gel吸附废水(废水体积为100mL)中Cr(VI)离 子的影响，试验结果如图7所示。
由图7可知，Cr(VI)初始浓度到达300mg/mL吸附达到平衡，且随着初 始浓度的增加，吸附容量随着增加，浓度低时，增加的快；浓度高时，增加 缓慢。
5、接触时间对吸附容量的影响
在GO:SL质量比为1:1(GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)、初始Cr浓度为300 mg/mL、温度为338K、pH为2.0下进行吸附实验，研究接触时间对SL-GO-gel 吸附废水(废水体积为100mL)中Cr(VI)离子的影响，试验结果如图8所示。
由图8可知，吸附容量随着接触时间的延长而升高；但当时间到达18h时， 吸附达到平衡，之后再延长时间，吸附容量将降低。
综上所述，SL-GO-gel对水中重金属Cr(VI)的吸附去除的最佳试验条件 为：GO：SL质量比为1:1、pH为2、温度为338K、初始Cr浓度为300mg/mL、 接触时间为18h。
6、吸附重金属Cr(VI)后解析再利用
在GO:SL质量比1:1(GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)，pH为2、温度为338K、 初始Cr(VI)浓度为300mg/mL、接触时间为18h制备的木质素磺酸钠/氧化石 墨烯复合材料(SL-GO-gel，GO，1mg/mL；SL，1mg/mL)吸附Cr(VI)后 的材料使用氢氧化钠对木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料进行脱附，脱附完 成后再次进行吸附实验。取100mL、含300mg/mL的Cr(VI)溶液于250mL锥 形瓶中，用盐酸调节pH为2，在338K温度下震荡18h进行吸附实验，试验结果 如图9所示。
由图9可知，5次解析-吸附后，SL-GO-gel再生效率仍可达到88％以上，对 Cr(VI)的吸附量基本保持稳定，表明SL-GO-gel材料具有很好的吸附特性， 且具有良好的循环再生性，重复性好，成本低廉。
本发明所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)是三维网 状高分子水凝胶，空间网状结构是吸附重金属离子的理想通道。其分子量大 和多的官能团，可进行金属离子交换作用；因其组织结构上兼具氧化石墨烯 和木质素磺酸钠活性基团，吸附位点较单纯氧化石墨烯和木质素多，因此， 对重金属的吸附效率高，吸附性能好。
木质素磺酸钠(SL)是具有芳香骨架的天然高分子聚合物，氧化石墨烯(GO)具有多孔网络及多种含氧功能性基团，其疏水表面通过π-π共轭键与 木质素磺酸钠芳香骨架相互作用，其亲水性边缘通过分子间氢键和范德华力 与木质素磺酸钠支链结合，木质素磺酸钠分子通过非共价键物理交联入氧化 石墨烯网络中。
本发明所得的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel，GO， 1mg/mL；SL，1mg/mL)对Cr(VI)的吸附容量高达1743.85mg/g，远高于现有 的常规吸附剂，具体吸附效果对比如表1所示：
表格1
Figure BDA0002269416280000121
Figure BDA0002269416280000131
木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料(SL-GO-gel)对高低浓度Cr废水均适 用，随着含Cr(VI)废水浓度的增加，吸附容量也在增加，即当含Cr(VI)废水的浓度高达400mg/mL时，在现有条件下吸附才达到平衡，体现出对高浓 度含重金属废水的处理。
综上所述，本发明提供的SL-GO-gel吸附材料分散性好，制备方法简单， 实验条件温和，成本和能耗较低，对重金属离子吸附效果好，废水处理效率 高，回收简单方便无二次污染，解吸吸附后重复利用率高。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽 的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术 人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修 改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料，其特征在于，包括以下原料：氧化石墨烯溶液和木质素磺酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液与所述木质素磺酸钠溶液的质量比为(1-100):(1-2)。
3.根据权利要求2所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/mL，所述氧化石墨烯溶液与所述木质素磺酸钠溶液的体积比为1:1。
4.一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配制氧化石墨烯溶液，备用；
步骤2，向所述氧化石墨烯溶液中加入木质素磺酸钠溶液，超声，得混合液；
步骤3，将所述混合液倒入含特氟龙内衬的反应釜内，反应，冷却至室温，冲洗，即得。
5.根据权利要求4所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氧化石墨烯溶液的配制方法为：将氧化石墨烯加入去离子水中，在频率为80-120KHZ条件下超声20-30min，得氧化石墨烯溶液。
6.根据权利要求4所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述超声的频率为80-120KHZ，超声的时间为20-30min。
7.根据权利要求4所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述反应的温度为160-200℃，反应的时间为10-14h。
8.根据权利要求4所述的木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述冲洗采用去离子水冲洗。
9.一种木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料在废水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料用于吸附废水中的铬离子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112062121A (zh) * 2020-08-26 2020-12-11 广西大学 一种以木质素磺酸钠和氧化石墨烯共混后制备热还原氧化石墨烯薄膜的方法
CN112175403A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 南京工业大学 一种石墨烯-木质素二维复合材料及其制备方法与应用
CN113149005A (zh) * 2021-04-29 2021-07-23 长安大学 一种高比表面积生物质多孔碳材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105251466A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 湖南大学 一种磁性壳聚糖木质素磺酸盐氧化石墨烯吸附剂的制备方法及用途
CN105381784A (zh) * 2015-11-17 2016-03-09 苏州科技学院 一种磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法和应用
CN109126746A (zh) * 2018-10-17 2019-01-04 北京林业大学 一种磁性木质素磺酸盐吸附材料的制备方法
CN110339819A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 长沙理工大学 一种秸秆纤维素/氧化石墨烯复合材料的制备和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105251466A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 湖南大学 一种磁性壳聚糖木质素磺酸盐氧化石墨烯吸附剂的制备方法及用途
CN105381784A (zh) * 2015-11-17 2016-03-09 苏州科技学院 一种磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法和应用
CN109126746A (zh) * 2018-10-17 2019-01-04 北京林业大学 一种磁性木质素磺酸盐吸附材料的制备方法
CN110339819A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 长沙理工大学 一种秸秆纤维素/氧化石墨烯复合材料的制备和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FENGFENG LI ET AL.,: ""Lignosulfonate-modified graphene hydrogel with ultrahigh adsorption capacity for Pb(II) removal"", 《J. MATER. CHEM. A,》 *
ZHILI ZHANG ET AL.,: "Facile synthesis of lignosulfonate-graphene porous hydrogel for effective removal of Cr(VI) from aqueous solution", 《BIORESOURCES》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112062121A (zh) * 2020-08-26 2020-12-11 广西大学 一种以木质素磺酸钠和氧化石墨烯共混后制备热还原氧化石墨烯薄膜的方法
CN112175403A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 南京工业大学 一种石墨烯-木质素二维复合材料及其制备方法与应用
CN113149005A (zh) * 2021-04-29 2021-07-23 长安大学 一种高比表面积生物质多孔碳材料及其制备方法和应用

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