一種石墨烯/聚乙烯醇納米纖維膜吸附劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于吸附材料領(lǐng)域，特別設(shè)及一種能夠高效吸附重金屬離子的靜電紡絲納 米纖維膜吸附劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)的社會的快速發(fā)展，人口增長、工業(yè)化和城鎮(zhèn)話的加快推進(jìn)，設(shè)及重 金屬的行業(yè)正保持著較強(qiáng)的增長勢頭，重金屬污染事件頻發(fā)。由于重金屬有較大毒性，不能 被生物降解，卻能夠通過食物鏈富集在動植物體內(nèi)，最后滯留在環(huán)境及人體中，給生態(tài)環(huán)境 和人類的健康帶來嚴(yán)重的危害。
[0003] 去除重金屬離子的方法很多，傳統(tǒng)的方法有化學(xué)沉淀法、膜分離法、離子交換樹脂 法、電化學(xué)法、氧化還原法等，但運(yùn)些方法存在著投資大、運(yùn)行成本高、操作復(fù)雜W及容易產(chǎn) 生二次污染并且不能很好的解決重金屬離子回收和水資源再利用等問題。
[0004] 吸附法由于操作簡單、成本較低、高效、能夠回收重金屬，是目前最常用的一種重 金屬廢水處理方法。常用的吸附劑包括活性炭、沸石、高嶺及膨潤±，然而運(yùn)些材料吸 附容量和效率較低，難W大規(guī)模應(yīng)用。氧化石墨締擁有巨大的比表面積、豐富的含氧官能團(tuán) (徑基、幾基、簇基和環(huán)氧基等）和大量離域η電子，被認(rèn)為是一種超級吸附劑，對重金屬具 有較好的吸附性能。然而，由于氧化石墨締為納米級物質(zhì)，在水溶液中容易分散，很難對吸 附后的氧化石墨締進(jìn)行分離再利用。目前主要是通過化學(xué)改性氧化石墨締的方法來制備具 有分離能力的石墨締基復(fù)合材料，而化學(xué)改性往往設(shè)及有機(jī)溶劑和化學(xué)藥劑的使用，運(yùn)就 增加制備成本，同時可能面臨泄露有毒有害物質(zhì)的風(fēng)險。
[0005] 靜電紡絲方法是一種簡單，能夠用于制備連續(xù)多功能納米纖維的技術(shù)。利用靜電 紡絲技術(shù)能夠得到直徑為幾十到幾百納米的纖維，形成的非織造纖維具有重量輕、比表面 積大、孔隙率高等特點(diǎn)。聚乙締醇是一種重要的水溶性（高溫下）無毒聚合物，已廣泛用于 制備不同用途的靜電紡絲納米纖維。采用靜電紡絲技術(shù)將氧化石墨締和聚乙締醇混合溶液 進(jìn)行紡絲能夠制備氧化石墨締/聚乙締醇納米纖維吸附劑，由于氧化石墨締與聚乙締醇能 夠產(chǎn)生氨鍵，防止氧化石墨締的脫落，使得氧化石墨締/聚乙締醇納米纖維膜具有更高的 吸附效率和吸附容量，是一種性能優(yōu)異的吸附基材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種吸附重金屬離子的靜電紡絲納米纖維膜及其制備方法，該納米纖 維膜能夠高效吸附溶液中的重金屬離子。
[0007] 一種石墨締/聚乙締醇納米纖維膜吸附劑的制備方法，包括W下步驟：
[0008] (1)將氧化石墨締加入去離子水中，超聲0. 5~地后，得到分散均勻的氧化石墨締 溶液；
[0009] 似將聚乙締醇加入到去離子水中，將溶液加熱到40~100°C溶解（1~lOh)，冷 卻至室溫，得到聚乙締醇溶液；
[0010] (3)將氧化石墨締溶液和聚乙締醇溶液混合并攬拌，得到氧化石墨締與聚乙締醇 的紡絲溶液，所述紡絲溶液中聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~80wt% ;
[0011] (4)將上述紡絲溶液加入到靜電紡絲設(shè)備中進(jìn)行紡絲，得到氧化石墨締與聚乙締 醇納米纖維膜，靜電紡絲條件為：紡絲電壓10~35kV，接收距離5~20cm，流速0. 01~ 25血/h，接收裝置轉(zhuǎn)速50~80化pm，溫度10~35 °C，濕度30~55% ; 陽01引 妨將步驟（4)制得的納米纖維膜冷凍干燥巧~4她），即制得石墨締/聚乙締醇 納米纖維膜吸附劑。
[001引步驟（3)攬拌速度為50~600轉(zhuǎn)/min,攬拌時間為0. 5~12h。
[0014]步驟（3)所述紡絲溶液中的氧化石墨締相對于聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~ 80wt%。 陽015] 所述紡絲溶液中聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6~15wt%。
[0016] 上述方法制備的石墨締/聚乙締醇納米纖維膜吸附劑，所述納米纖維膜的平均直 徑為30~600nm，孔隙率為20~90 %。
[0017] 所述石墨締/聚乙締醇納米纖維膜吸附劑在吸附重金屬離子中的應(yīng)用。
[0018] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0019] 本發(fā)明所述的靜電紡絲納米纖維膜的制備過程環(huán)保，無二次污染，使用去離子水 作溶劑，無需使用有機(jī)溶劑和有毒化學(xué)物質(zhì)；吸附操作簡單；制備得到的氧化石墨締與聚 乙締醇納米纖維膜具有比表面積大、孔隙率高等特點(diǎn)，可W增大與重金屬離子的接觸面積， 增加吸附容量，縮短吸附平衡時間，能夠有效地吸附廢水中的重金屬離子，且能夠有效進(jìn)行 分離；氧化石墨締與聚乙締醇之間存在氨鍵相互作用，能夠防止氧化石墨締從納米纖維膜 上脫落，使納米纖維膜能夠循環(huán)再生利用。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明靜電紡絲納米纖維膜制備的示意圖，其中示出：1氧化石墨締與聚乙 締醇的混合溶液；2注射器；3高壓電源；4滾筒收集器；5氧化石墨締與聚乙締醇納米纖維 膜；6聚乙締醇納米纖維；7氧化石墨締。
[002U 圖2為實(shí)施例4制得的靜電紡絲納米纖維膜的沈Μ電鏡圖。 陽02引圖3為實(shí)施例4制得的靜電紡絲納米纖維膜的ΤΕΜ電鏡圖。
[002引圖4為實(shí)施例4制得的靜電紡絲納米纖維膜在不同溫度下對化2+ (a)和CcT化）的 吸附性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 陽〇2引實(shí)施例1
[00%] -種吸附重金屬離子的靜電紡絲納米纖維膜的制備方法，包括W下操作步驟：
[0027] (1)將12mg氧化石墨締加入5g去離子水中，超聲處理0.化后，得到分散均勻的氧 化石墨締溶液； 陽02引 似將1. 2g聚乙締醇加入到lOg去離子水中，將溶液加熱到88°C，溶解3h，冷卻至 室溫，得到聚乙締醇溶液；
[0029] (3)將氧化石墨締水溶液和聚乙締醇溶液混合，然后在攬拌速度為100轉(zhuǎn)/min條 件下攬拌0.化，得到氧化石墨締與聚乙締醇的紡絲溶液，該紡絲溶液中聚乙締醇的質(zhì)量分 數(shù)為8wt% ;
[0030] (4)將上述紡絲原液加入到靜電紡絲設(shè)備中進(jìn)行紡絲，得到氧化石墨締與聚乙締 醇納米纖維膜，靜電紡絲條件為：紡絲電壓18kV，接收距離15cm，流速ImL/h，接收裝置轉(zhuǎn)速 200巧m，溫度25 °C，濕度45 %;
[0031] (5)將制得的氧化石墨締與聚乙締醇納米纖維膜放入冷凍干燥器中干燥2地。
[0032] 所述步驟（3)得到的溶液中的氧化石墨締相對于聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Iwt%。
[0033] 所述步驟（4)得到的靜電紡絲納米纖維膜的平均直徑為82nm，孔隙率為66%。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] 一種吸附重金屬離子的靜電紡絲納米纖維膜的制備方法，包括W下操作步驟：
[0036] (1)將84mg氧化石墨締加入5g去離子水中，超聲處理比后，得到分散均勻的氧化 石墨締溶液；
[0037] 似將1. 2g聚乙締醇加入到lOg去離子水中，將溶液加熱到92°C，溶解3h，冷卻至 室溫，得到聚乙締醇溶液；
[0038] (3)將氧化石墨締水溶液和聚乙締醇溶液混合，然后在攬拌速度為150轉(zhuǎn)/min條 件下攬拌化，得到氧化石墨締與聚乙締醇的紡絲溶液，該紡絲溶液中聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 8wt%;
[0039] (4)將上述紡絲原液加入到靜電紡絲設(shè)備中進(jìn)行紡絲，得到氧化石墨締與聚乙締 醇納米纖維膜，靜電紡絲條件為：紡絲電壓24kV，接收距離15cm，流速ImL/h，接收裝置轉(zhuǎn)速 250巧m，溫度25 °C，濕度45 %; W40] 巧）將制得的氧化石墨締與聚乙締醇納米纖維膜放入冷凍干燥器中干燥2地。
[0041] 所述步驟（3)得到的溶液中的氧化石墨締相對于聚乙締醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7wt%。
[0042] 所述步驟（4)得到的靜電紡絲納米纖維膜的平均直徑為140nm，孔隙率為74%。 柳43] 實(shí)施例3
[0044] 一種吸附重金屬離子的靜電紡絲納米纖維膜的制備方法，包括W下操作步驟： W45] (1)將120mg氧化石墨締加入5g去離子水中，超聲處理化后，得到分散均勻的氧 化石墨締溶液；
[0046] 似將1. 2g聚乙締醇加入到lOg去離子水中，將溶液加熱到95°C，溶解3. 5h，冷卻 至室溫，得到聚乙締醇溶液；