CN112246233A - 一种go/pva复合水凝胶的制备方法 - Google Patents

一种go/pva复合水凝胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污水处理材料的制备方法，主要是氧化石墨烯/聚乙烯醇复合水凝胶材料，制备方法包括下述步骤：首先，在一定温度下，将氧化石墨烯(GO)和氯化铁(FeCl3·6H2O)、氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、氯化铜(CuCl2·6H2O)加入去离子水中，加入NaOH调节溶液PH，之后在80℃搅拌，得到的产物洗涤干燥后，加入聚乙烯醇(PVA)溶液中，一定温度下搅拌，之后加入饱和Na2SO4溶液，静置36h，得到负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶。所述方法成本低、操作简单、高效节能，得到的材料具有很好的吸附性和比表面积。

Description

一种GO/PVA复合水凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种GO/PVA复合水凝胶的制备方法，具体地说，是涉及一种具有良好吸附性和超高比表面积的一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶的制备方法。
背景技术
随着工业快速发展，工业废水大量排放，水污染问题日益严重。废水中含有的大量有毒染料、重金属离子、有机溶剂等污染物严重破坏了生态环境，威胁人类健康，因此必须被严格除去。物理吸附法作为一种成本低、操作简单、效果良好的水处理工艺，不仅可以脱色，还可以吸附重金属离子、有机溶剂等污染物质，适合日益复杂的废水处理，具有广阔的应用前景，而吸附法处理废水的关键在于吸附剂，寻找一种高效、可循环、无污染的功能性吸附剂成为目前的研究热点。石墨烯材料由于具有比表面积大、化学稳定性好、可修饰性强、强度高等优势，不仅能够吸附水中的有机溶剂、重金属离子等物质，还可作为催化剂的载体，催化污染物降解，通过在石墨烯上负载金属化合物，可以增强它的吸附性和循环使用性，同时与金属化合物复合不仅吸附性好还具有一定的吸附选择性，将石墨烯与聚合物混合成凝胶，能够有效提升其对油脂、烷烃类有机溶剂的吸附性。因此作为水处理材料，负载金属化合物石墨烯凝胶的应用前景值得人们期待。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶是由氧化石墨烯、氯化铁、氯化亚铁、氯化铜、氢氧化钠、聚乙烯醇、硫酸钠和去离子水制备而成。所述复合水凝胶可用作污水处理材料，制备方法包括下述步骤：
(1)量取100-200ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1-2g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入氯化亚铁、氯化铁和氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至9-10；继续搅拌，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥8-12h；
(4)称取一定量PVA加入去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成水溶液，将步骤(3)产物加入上述溶液中，在95℃下搅拌3-5h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
优选的，所述步骤(2)中加入氯化亚铁、氯化铁和氯化铜的质量比为1:(1.5-3):(0.75-1)。
优选的，所述步骤(3)中搅拌时间为3-5h。
优选的，所述步骤(4)中PVA水溶液的浓度为5wt％-20wt％。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
(1)本发明提供了一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶的制备方法，所述工艺非常简单，得到的负载双金属氧化物的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶具有良好的吸附性，其吸附性和比表面积都远胜于传统碳材料。铁铜金属氧化物的负载提升了其吸附性能，使其能够有效的吸附污水中的重金属，PVA提升了石墨烯对污水中的染料和有机溶剂的吸附性，并且所述的水凝胶在吸附后很容易从水中分离，可以多次循环使用。
(2)本发明原料简单，易于获取，并且对环境友好。
具体实施方案
实施例1：
一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，具体包括以下制备步骤：
量取150ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1.5g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入0.644g氯化亚铁、1.751g氯化铁和0.426g氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至9.5；继续搅拌5h，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥12h；
(4)称取5g PVA加入45ml去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成10wt％的水溶液，加入2g步骤(3)中产物，加入上述溶液中，在95℃下搅拌4h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
实施例2：
一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，具体包括以下制备步骤：
量取200ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入2g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入1.932g氯化亚铁、3.502g氯化铁和1.278g氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至10；继续搅拌4h，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥10h；
(4)称取10g PVA加入45ml去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成20wt％的水溶液，加入3g步骤(3)中产物，加入上述溶液中，在95℃下搅拌5h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
实施例3：
一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，具体包括以下制备步骤：
量取100ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入0.322g氯化亚铁、0.876g氯化铁和0.213g氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至9；继续搅拌3h，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥8h；
(4)称取2.5gPVA加入45ml去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成5wt％的水溶液，加入1g步骤(3)中产物，加入上述溶液中，在95℃下搅拌3h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
实施例4：
一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，具体包括以下制备步骤：
量取150ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1.5g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入0.644g氯化亚铁、1.751g氯化铁和0.644g氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至10；继续搅拌5h，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥10h；
(4)称取5g PVA加入45ml去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成10wt％的水溶液，加入1g步骤(3)中产物，加入上述溶液中，在95℃下搅拌5h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
对比例1：
量取150ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1.5g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入0.644g氯化亚铁、1.751g氯化铁和0.426g氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至9.5；继续搅拌5h，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥12h，得到负载铁铜氧化物的氧化石墨烯复合材料。
对比例2：
量取150ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1.5g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；称取5g PVA加入45ml去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成10wt％的水溶液，加入上述溶液中，在95℃下搅拌4h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥得到GO/PVA复合水凝胶。
配置6L次甲基蓝浓度为40mg/L，Pb2+浓度为40mg/L，Cd2+浓度为40mg/L，甲基橙浓度为40mg/L的溶液。将溶液分成6份，每份1L，分别加入10g实施例1-4得到的负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶和对比例1-2的产物，搅拌2h，之后取每份吸附后溶液上清液，利用紫外分光光度计测量其中各离子浓度。
利用紫外分光光度计测量污水中各不同组分浓度，首先以去离子水作为参照，配置不同浓度的标准溶液，利用紫外分光光度计测定溶液浓度，将浓度-吸光度标准曲线在最佳波长下绘制备用，在接下来的实验过程中，吸附后的污水浓度由吸光度标准曲线计算得出，如果遇到超出最大测试浓度的染料溶液，则需要通过稀释到最大值以下再进行测量，尽量减小测量误差。
Figure BDA0002733102780000061
表1实施例与对比例污水处理结果
Figure BDA0002733102780000062
从实施例1-4对污水中次甲基蓝、重金属离子以及甲基橙的去除率可以看出，实施例1-4制备的负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶具有非常优异的去除水中污染物的能力，反应2h后，对污水中的污染物去除率都达到90％以上，其中对重金属离子的去除率达到95％以上，说明本发明所制备的材料对污水中重金属具有优异的吸附性。同时，本发明所制备的材料工作效率高，能很好的起到绿色治理污水的目的。从实施例1-4和对比例1-2对污水中不同污染物的去除率可以看出，利用本发明制作的负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶比单纯负载铁铜氧化物的氧化石墨烯和GO/PVA复合水凝胶性能要优异的多，证明了在石墨烯负载铁铜氧化物和PVA构成复合凝胶能够有效提升氧化石墨烯的吸附性能。

Claims (5)

1.一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶由以下方法制备：
(1)量取100-200ml去离子水加入圆底烧瓶中，加入1-2g氧化石墨烯，超声分散，之后将其置于80℃下恒温水浴；
(2)在N2气氛下，向步骤(1)中溶液加入氯化亚铁、氯化铁和氯化铜，磁力搅拌1h；
(3)在磁力搅拌下向上述步骤(2)中溶液滴加3mol/L的NaOH溶液，调节溶液PH至9-10，继续搅拌一段时间，反应结束后自然冷却到室温，之后将产物用去离子水清洗至中性，真空干燥12h；
(4)称取一定量PVA加入去离子水中，在95℃下搅拌溶解，配置成水溶液，将步骤(3)产物加入上述溶液中，在95℃下搅拌3-5h，之后加入饱和Na2SO4溶液，室温放置36h，将溶液中悬浮物取出，用去离子水洗净，干燥。
2.如权利要求1述的一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，其特征在于，所述步骤(2)中加入氯化亚铁、氯化铁和氯化铜的质量比为1：(1.5-3)：(0.75-1)。
3.如权利要求1所述的一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，其特征在于，所述步骤(3)中搅拌时间为3-5h。
4.如权利要求1所述的一种负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶，其特征在于，所述步骤(4)中配置的PVA水溶液的浓度为5wt％-20wt％。
5.一种如权利要求1-4任一所述的负载铁铜氧化物的GO/PVA复合水凝胶的制备方法制备的复合材料应用于污水处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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