一種分層磺化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法及其在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法及其在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]隨著我國人口增加和經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展，水資源短缺和人民生活需求增加已成為廣泛關(guān)注的問題，然而我國水污染問題又加重了水資源危機，導(dǎo)致水量、水質(zhì)和水生態(tài)等問題嚴重束縛和制約了我國經(jīng)濟發(fā)展。因此，必須有效地開發(fā)非傳統(tǒng)水源，來緩解水資源短缺帶來的一系列問題，那么污水回用則是解決水資源短缺可行性較強的措施，也是一個成本低、見效快的有效途徑，同時還可以減少污染物排放，對提高水質(zhì)也具有重要意義。
[0004]城市生活污水系統(tǒng)中常含有難生物降解的有機污染物(雌激素、抗生素、多溴聯(lián)苯醚等)、一定量的金屬離子、細菌、病毒等致病物質(zhì)。污水經(jīng)過生化、消毒處理后，出水中仍存在難生物降解的溶解性有機污染物(比如雌激素)，從而導(dǎo)致出水水質(zhì)不能保障，也難以達標回用。由于雌激素的毒性、生物累積性等性質(zhì)受到了廣泛關(guān)注，也造成生態(tài)失衡和人類疾病增加等不良后果。與此同時，在生活污水中存在著一定量的金屬離子，如:銅、鉻、鎳等。銅的毒性較小，它也是生命必需的微量元素之一，但是超過一定量(0.0 lmg/L)后，就會刺激人們的正常生理機能，銅對低等生物和農(nóng)作物的毒性較大。在污水處理后的出水中，仍存在銅離子，隨之被排放到自然水體，造成水生生物和植物的破壞。與由此可見，為高能效、低能源、更可靠地去除該類有機污染物和金屬離子提供一種工藝簡單、性能穩(wěn)定、高效的復(fù)合吸附光降解材料具有重要意義。
[0005]目前，利用T12作為光催化材料來去除水中的內(nèi)分泌干擾物的研宄越來越多，打02無毒無害、具有成本低、去除范圍廣、光化學(xué)穩(wěn)定性高、來源豐富和降低能量消耗等特點；并對水中難降解的有毒有害有機物有著良好的去除能力；具有廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)中。石墨烯作為二維納米碳材料，以天然石墨作為原料，可化學(xué)方法實現(xiàn)石墨烯的大量生產(chǎn)，對金屬離子的吸附性較好，因此，石墨烯及其衍生物基于1102的復(fù)合材料成為了能源再生產(chǎn)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的研宄熱點。這也是因為石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料具有優(yōu)良的性能，如較大的比表面積(理論值2600m2/g)、電荷轉(zhuǎn)移速度快、高靈活性和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，石墨稀/ 二氧化鈦復(fù)合材料的光吸收能力，再加上石墨稀/氧化石墨稀(GO)可以促進電荷轉(zhuǎn)移和降低電子空穴對的復(fù)合率，進一步提高了光催化效率。
[0006]為了滿足現(xiàn)代社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的需求，更高效提高污水回用率和污水回用水質(zhì)是具有重大意義。因此，在石墨烯/氧化石墨烯(GO) _1102復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種光催化效率更為高效的新型復(fù)合材料分層磺化石墨烯-二氧化鈦(SG-T12),該材料的光催化降解性能更強，且它在很大范圍的PH值(3-11)內(nèi)也有很高的催化活性，彌補其他材料的缺點，挖掘分層磺化石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料的催化降解潛力使之有望成為新型環(huán)境催化材料。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法及其在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，該方法低成本、所得復(fù)合材料的穩(wěn)定性強、光催化能力強、污水處理效果好。
[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
步驟I，磺化石墨稀的制備
取190-210g氧化石墨烯、2.8-3.2g氯乙基磺酸鈉和1.5-1.7g氫氧化鈉加入到470-530mL的去離水中，攪拌后，超聲波震蕩2.5-4.0h，再添加1.8-2.1mL濃硝酸，過濾，再用乙醇洗滌1-3次后干燥2-4天，得磺化石墨烯；
步驟2，分層二氧化鈦球體的制備
取l_2mL鈦酸四丁酯添加到15-30mL的二甲基甲酰胺和15_30mL的異丙醇的混合溶液中攪拌溶解后，在180-220°C下無菌環(huán)境中加熱20-25h，自然冷卻后用乙醇洗滌，直到濾液為無色，待離心分離后，在60-75°C下晾干，最后在450-500°C下煅燒1.5-2.5h，得分層二氧化鈦球體；
步驟3，取0.5一5mg磺化石墨稀加到10mL去離子水中，再加入10mg的分層二氧化鈦球體，超聲波浴l_3h，再離心后真空干燥，得分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料。
[0010]作為上述制備方法優(yōu)選的是，步驟I中氧化石墨烯的量為200mg，氯乙基磺酸鈉的量為3g，氫氧化鈉的量為1.6g。
[0011]作為上述制備方法優(yōu)選的是，步驟2中無菌環(huán)境的加熱溫度為200°C。
[0012]作為上述制備方法優(yōu)選的是，步驟3中磺化石墨稀的量為2mg。
[0013]作為上述制備方法優(yōu)選的是，步驟3中離心速度為4000-5000rpm，干燥溫度為70-85。。。
[0014]所得分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料用于吸附污水中金屬離子的應(yīng)用。
[0015]所得分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料用于吸附污水中金屬離子的應(yīng)用，所述的金屬離子是銅離子。
[0016]所得分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料用于光催化降解污水中的有機污染物的應(yīng)用。
[0017]有益效果
1.該材料是對石墨烯進行磺化改性，提高在水中的溶解性，并且以磺化石墨烯為摻雜劑和分層二氧化鈦混合，使之發(fā)生聚合作用實現(xiàn)分子間的緊密結(jié)合，磺化石墨烯作為二氧化鈦的載體，使之在水中的穩(wěn)定性增強。
[0018]2.分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦復(fù)合材料，大大增加了該復(fù)合材料的比表面積，增強了光吸收能力和增高了電荷分離效率，有效地吸附金屬離子和光催化降解有機污染物。
[0019]3.該材料不僅對金屬離子的吸附性能優(yōu)良，對銅離子的吸附性能高達99.2%，而且對污水中的有機污染物也有一定的光催化降解的優(yōu)點，其對17 β -雌二醇的降解率80.3%0
[0020]4.該吸附降解材料的制備工藝簡單、設(shè)備要求低易于實現(xiàn)，原料價格經(jīng)濟合理。
[0021]
【附圖說明】
[0022]圖1為分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦的透射電子顯微鏡(TEM)圖；
圖2為分層磺化石墨烯/ 二氧化鈦的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例只是用于更加清楚地說明本發(fā)明的性能，而不能僅局限于下面的實施例。
[0025]實施例1磺化石墨烯的制備
利用天然石墨，通過化學(xué)氧化法制備氧化石墨稀(G0)，將200mg的氧化石墨稀，3g的氯乙基磺酸鈉和1.6g的氫氧化鈉加到500mL的去離子水中溶解，將其混合溶液在超聲波浴中3小時后，添加2mL的濃硝酸，將所得混合溶液過濾，用乙醇洗滌該混合溶液3次后放入真空干燥器中2天，得到磺化石墨烯。
[0026]實施例2分層二氧化鈦球體的制備
將ImL的鈦酸四丁酯添加到15mL的二甲基甲酰胺和15mL的異丙醇的混合溶液中，使其溶解；將該溶液移至溫度為200°C的不銹鋼高壓滅菌鍋(容積:45毫升)中，加熱20h，隨后，將滅菌的混合溶液冷卻到常溫時用乙醇洗滌，直到濾液為無色，再將其溶液離心分離后在60°C下晾干24h，最后將晾干后的物質(zhì)在450°C煅燒2h。
[0027]實施例3分層磺化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料(SG-T1 2)的制備及其在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用
取已制備好的磺化石墨烯(SG)粉末0.5mg，將其溶解在10mL去離子水中，得到SG水溶液，再取已制備好的分層二氧化鈦球體顆粒lOOmg，添加到SG水溶液中得到SG-T12S液，并將該溶液放在超聲波浴中2h，再將制備的SG-T12溶液在離心機中離心后放入真空干燥器烘干，即得到SG-T12-0.5復(fù)合材料。
[0028]應(yīng)用檢測:
取1mg的SG-T12-0.5復(fù)合材料放入250mL的錐形瓶中，再加入50mL濃度為10mg/L的、PH值為3的銅離子溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫震蕩箱中，以每分鐘100轉(zhuǎn)，溫度設(shè)置在25°C振蕩48h，過濾后用福爾哈德法滴定濾液中銅離子含量，結(jié)果表明在該條件下銅離子吸附率為95.2%，說明對銅離子具有良好的吸附性能。
[0029]取50mL濃度為3mg/L的17 β -雌二醇溶液，將制備的SG-T12-0.5復(fù)合材料加入17 β-雌二醇溶液中，以10W日光燈為光源，反應(yīng)6h，用離心分離器分離Smin以去除沉淀物，然后用上海光譜儀器公司722型分光光度計在600nm處測定離心液的吸光度，其降解率可達到70.4%。
[0030]實施例4分層磺化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料(SG-T1 2)的制備及其在污水處理領(lǐng)域