本發(fā)明涉及的是納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種新型納米復(fù)合吸附材料的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加速，大量含染料工業(yè)廢水的不當(dāng)排放導(dǎo)致了我國水資源污染日益嚴(yán)重，不斷惡化的水體環(huán)境愈來愈嚴(yán)重地威脅著人們的身體健康。吸附法由于成本低、易操作、不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點被認(rèn)為是一種非常有效的水凈化處理工藝。然而傳統(tǒng)吸附劑由于吸附容量小和吸附效率低等不足限制了它們的實際應(yīng)用。因此，人們一直在尋求具有更大吸附容量、更有效的新型吸附材料。

氧化石墨烯是一種新型的二維納米材料，具有極好的結(jié)晶性、大的比表面積、良好的熱力學(xué)和力學(xué)性能等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電子器件、復(fù)合材料、電極材料等領(lǐng)域。初步研究結(jié)果表明氧化石墨烯是一種性能良好的吸附材料，它對氟離子、重金屬離子、染料、藥物等都具有較大的吸附容量。但是，目前氧化石墨烯的尺寸較小，易團(tuán)聚，在其吸附微污染物后，采用常規(guī)水處理工藝中的分離方法，很難將其完全從水中分離出來，從而對水環(huán)境造成的二次微污染，對人體的健康造成不良的影響。因此，利用氧化石墨烯作為吸附材料時，如何制備具有良好吸附能力和吸附效率，避免微小尺寸的氧化石墨烯對水環(huán)境造成的二次微污染已成為一個亟待解決的問題。

活性炭是一種常用的具有大比表面積和吸附能力的吸附劑，利用粉末狀活性炭作為氧化石墨烯的添加劑，均勻分布在氧化石墨烯片層之間，解決氧化石墨烯易團(tuán)聚的問題。

瓊膠是一種特殊的海藻產(chǎn)品，具有凝固性、穩(wěn)定性、能與一些物質(zhì)形成絡(luò)合物等物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛用于食品、醫(yī)藥、日用化工、生物工程等許多方面，常作為膠凝劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、分散懸浮劑等使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理、使用方便的新型納米復(fù)合吸附材料的制備方法，利用瓊膠作為載體，制備活性炭、氧化石墨烯、瓊膠氣溶膠，既充分發(fā)揮活性炭和氧化石墨烯的高效吸附性能，又避免氧化石墨烯易團(tuán)聚，微小尺寸的氧化石墨烯難以從水體中去除，解決對水環(huán)境造成的二次微污染的難題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種新型納米復(fù)合吸附材料的制備方法，步驟是：

(1)將一定量的濃硫酸加入到500ml的燒杯中，在冰浴條件下，緩慢加入高錳酸鉀和硝酸鈉，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，加入膨脹石墨并攪拌均勻，放入冰箱中?73k中保存24小時；將燒杯在油浴鍋中加熱到308k，保溫攪拌30分鐘，緩慢滴加去離子水，同時，不斷攪拌并將溫度升到371k，在371k保溫攪拌15分鐘，滴加雙氧水，中和剩余的酸，燒杯中的混合物的顏色將由黑色變?yōu)榻瘘S色，將混合物清洗得到ph為中性的氧化石墨水溶液；

(2)將椰殼放入馬弗爐中673k炭化2小時，用qm全方位行星式球磨機將炭化的椰殼粉碎，將5克粉碎的椰殼炭與氫氧化鉀以1:2的重量比混合放入200ml的去離子水中浸泡24小時，將樣品放入烘箱中373k干燥，將干燥后的椰殼炭與氫氧化鉀的混合物放入管式爐中，在氮氣保護(hù)下1173k加熱保溫1小時制備活性炭，冷卻后用去離子水反復(fù)沖洗，待溶液ph達(dá)到中性后，將活性炭放入烘箱中273k干燥待用；

(3)將活性炭與氧化石墨烯溶液按一定比例混合，活性炭在活性炭、氧化石墨烯干樣品中的含量分別為1％，2％，4％，6％和8％，將活性炭與氧化石墨烯溶液在磁力攪拌器上攪拌5小時，直到活性炭與氧化石墨烯混合均勻；

(4)將一定量瓊脂加入到97ml蒸餾水中并在85℃水浴條件下充分溶解，磁力攪拌形成瓊脂的均勻水溶液。將活性炭、氧化石墨烯水溶液按一定比例放入瓊脂溶液中，繼續(xù)85℃條件下磁力攪拌4小時，獲得均勻的混合溶液；然后，自然降溫并靜置形成水凝膠；最后，經(jīng)過真空冷凍干燥制得活性炭、氧化石墨烯、瓊膠氣凝膠復(fù)合吸附材料。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的有益效果為：

1、既充分利用了活性炭和氧化石墨烯優(yōu)異的吸附性能，又發(fā)揮了瓊脂的無毒性、穩(wěn)定性和優(yōu)良的成形能力，制備了環(huán)境友好、易于降解的活性炭/氧化石墨烯/瓊膠氣凝膠復(fù)合吸附材料，本方法制備工藝簡單、條件易控，因此適合于大批量生產(chǎn)。

2、本發(fā)明降低了微小尺寸氧化石墨烯易對水體造成二次污染的可能性，制備出了環(huán)境友好、可降解的活性炭/氧化石墨烯/瓊膠氣凝膠納米復(fù)合吸附材料。

3、本發(fā)明得到的活性炭/氧化石墨烯/瓊膠氣凝膠納米復(fù)合吸附材料具有對染料吸附容量大、濾除效率高、解吸附性能良好的優(yōu)點，在吸附去除水體中染料的應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的不同活性炭含量的活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠的吸附容量比較圖；

圖2是本發(fā)明的初始剛果紅濃度對吸附的影響圖；

圖3是本發(fā)明的溫度對吸附性能的影響圖；

圖4是本發(fā)明的時間對于吸附性能的影響圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1：氧化石墨烯的制備

將50ml濃硫酸加入到500ml的燒杯中，在冰浴條件下，緩慢加入10g高錳酸鉀和2g硝酸鈉，充分?jǐn)嚢瑁咤i酸鉀和硝酸鈉完全溶解后，緩慢加入2g膨脹石墨，待膨脹石墨完全攪拌均勻后，封口放在冰箱中在273k中保存24小時。將燒杯在油浴鍋中加熱到308k，保溫攪拌30分鐘。開始緩慢滴加去離子水，此過程為制備氧化石墨烯的關(guān)鍵步驟，去離子水滴加的速度越慢對于合成越有利。在滴加去離子水的同時，不斷攪拌，在溫度升到371k時，恰好將500ml燒杯滴滿去離子水。在371k中保溫攪拌15分鐘，然后滴加幾毫升的雙氧水，中和剩余的酸，此時，燒杯中的混合物的顏色將由黑色變?yōu)榻瘘S色。將得到的混合物在高速離心機的離心作用下，去除大部分的強酸。然后，加入5％的鹽酸水溶液，去除錳離子。最后，用去離子水洗數(shù)次后，使得到的上清液ph變?yōu)橹行?。通過超聲兩個小時，獲得氧化石墨含量為0.8wt％水溶液。

實施例2：椰殼活性炭的制備

將椰殼放入馬弗爐中673k炭化2小時，用qm全方位行星式球磨機將炭化的椰殼粉碎，將5克粉碎的椰殼炭與氫氧化鉀以1:2的重量比混合放入200ml的去離子水中浸泡24小時，將樣品放入烘箱中273k干燥。將干燥后的椰殼炭與氫氧化鉀的混合物放入管式爐中，在氮氣保護(hù)下1173k加熱保溫1小時制備活性炭，冷卻后用去離子水反復(fù)沖洗，待溶液ph達(dá)到中性后，將活性炭放入烘箱中273k干燥待用。

實施例3：不同活性炭含量的活性炭/氧化石墨烯溶液的制備

將活性炭與氧化石墨烯溶液按一定比例混合，活性炭在活性炭/氧化石墨烯干樣品中的含量分別為1％，2％，4％，6％和8％，將活性炭與氧化石墨烯溶液在磁力攪拌器上攪拌5小時，直到活性炭與氧化石墨烯混合均勻。

實施例4：活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠制備

將3g瓊脂加入到97ml蒸餾水中并在85℃水浴條件下充分溶解，磁力攪拌1小時，形成瓊脂的均勻水溶液。將活性炭/氧化石墨烯水溶液按一定比例(60wt％)放入瓊脂溶液中，繼續(xù)85℃條件下磁力攪拌4小時，獲得均勻的混合溶液。然后，自然降溫，靜止放置1小時，形成水凝膠。最后，經(jīng)過真空冷凍干燥，活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠制備完成。

實施例5：不同活性炭含量的活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠對剛果紅的吸附性能研究

分別將10mg不同活性炭含量的氣凝膠加入到20ml、50mg/l的剛果紅溶液中，在293k恒溫下震蕩直至吸附達(dá)到平衡。如圖1所示為不同活性炭含量的活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠的吸附容量比較。由圖可知，當(dāng)活性炭含量為2％時，活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠對剛果紅的吸附容量達(dá)到最大值83.82mg/g。

實施例6：剛果紅初始濃度對吸附性能的影響：

當(dāng)剛果紅初始濃度為10-60mg/l時，在293k下，將10mg活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠(活性炭含量2％)放入20ml，ph＝6剛果紅溶液中進(jìn)行吸附實驗。如圖2顯示當(dāng)初始濃度為10mg/l時，活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠對剛果紅的吸附容量為17.58mg/g，隨著剛果紅初始濃度的升高，氣凝膠對剛果紅的吸附容量不斷增加，在剛果紅初始濃度為60mg/l時，氣凝膠對剛果紅的吸附容量為92.66mg/g。

(吸附劑量：10mg，初始剛果紅的濃度：50mg/l，溫度：293k，溶液ph＝6)

實施例7：吸附熱力學(xué)研究

在剛果紅初始濃度為10-60mg/l時，在293,308和323k溫度下，將10mg活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠(活性炭含量2％)放入20ml，ph＝6剛果紅溶液中進(jìn)行吸附實驗。如圖3顯示，當(dāng)初始濃度為60mg/l時，溫度從293k到308k時，活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠對剛果紅的吸附容量從92.66mg/g升高到96.92mg/g，這歸因于溫度升高創(chuàng)造出更多的吸附位點。實驗數(shù)據(jù)表明，氣凝膠對剛果紅的吸附過程是一個吸熱的過程。

實施例8：吸附動力學(xué)研究

在20ml初始剛果紅濃度為30mg/l的溶液中，加入10mg活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠，溫度控制為293k勻速震蕩。每隔一定的時間間隔，取溶液測試剩余剛果紅的濃度。如圖4顯示為活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠在不同時間對剛果紅的吸附容量。如圖可知，在最初的100分鐘，吸附容量快速升高，然后逐漸減緩直至平衡。在初始階段，吸附效率很高，主要是因為剛開始有大量的吸附位點和較大的比表面積。隨著活性炭/氧化石墨烯/瓊脂氣凝膠吸附剛果紅的增多，吸附位點逐漸減少，直到平衡。在500分鐘時，吸附達(dá)到平衡，吸附容量為50.26mg/g。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。