申请日2016.07.25
公开(公告)日2016.11.30
IPC分类号C02F1/28; C02F1/62; B01J20/22; C07F9/564
摘要
本发明涉及一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其特征在于所述的改性氧化石墨烯是由氧化石墨烯与有机磷酸盐通过有机硅氧烷形成的化学键连接而成;利用氧化石墨烯对高价金属的吸附作用，有机磷酸盐、羧酸根对金属离子的络合作用，将其应用到重金属离子污水处理方面，本发明的一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，对Pb2+、Cr6+等重金属离子的吸附量远大于氧化石墨烯;本发明还提供一种化学改性氧化石墨烯离子吸附污水处理剂的制备方法。本发明制得的氧化石墨烯离子型污水处理剂对重金属离子吸附选择性强，效果优异，可用于含有重金属离子的工业污水处理。
权利要求书
1.一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其特征在于，所述的化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其微观分子结构如下式表示：
所述的化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，由氧化石墨烯和有机磷酸与有机硅氧烷通过化学反应制备而成。
2.如权利要求1所述的一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其特征在于：所述的氧化石墨烯由Hummers法、Staudemaier法、电化学法或Brodie法制备;进一步的为Hummers法制备的氧化石墨烯。
3.如权利要求1所述的一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其特征在于：所述的含氮有机磷酸化合物为氨基二甲氧基磷酸、乙二胺基三甲氧基磷酸、羟基乙叉二磷酸中的一种或两种以上;进一步的为乙二胺基三甲氧基磷酸。
4.如权利要求1所述的一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其特征在于：所述的有机硅氧烷为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
5.一种如权利要求1所述的化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、氧化石墨烯处理：采用0.05～0.10mol/L盐酸溶液、去离子水先后洗涤氧化石墨烯，过滤，真空干燥，得到处理后的的氧化石墨烯;
b、制备有机磷酸类硅氧烷偶联剂：在甲醇或乙醇溶液中溶液中，加入5份含氮有机磷酸化合物、4～5份有机硅氧烷，在25～35℃下搅拌2h;
c、氧化石墨烯硅烷化改性：在b中溶液中加入a中氧化石墨烯50～100份，在25～35℃下搅拌24h，经过滤，甲醇或乙醇和水洗涤，在40～50℃真空干燥24h，制得一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂。
说明书
一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂及制备方法
技术领域
本发明属于工业污水处理技术领域，具体涉及一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂及制备方法。
技术背景
改革开放以来，我国工业产业得到长足的发展，但同时造成严重的水污染问题。据统计全国每年污水排放中，仅10%的生活污水和70%的工业污水得到处理，且其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准，其余未处理的污水则直接排入江河湖泊中，致使我国的水环境遭受了严重污染和破坏;城镇生活污水的排放量正随着城镇建设与发展而呈递增的趋势。其中江河湖泊中的高价金属离子(包括有毒金属离子)含量越来越高，部分陶瓷企业、钢铁企业、化工企业等排放的污水中，Pb2+、Cr6+等严重超标，污水问题尤其是污水中重金属离子超标问题亟待解决。
为了解决废水的处理问题，现行的方法有物理、化学、生物、综合等多种方法，也有关于污水处理方面的新型发明在公开。
例如，中国专利号CN201610017517.0公开一种复合型污水处理剂及其制备方法，以二乙烯三胺五甲叉膦酸、木质素磺酸钠、聚丙烯酰胺、尼泊金酯钠与聚合硅酸铝铁为螯合剂或聚沉剂，实现污染物沉降;此法制备方法简单可靠，制得的产品可有效的处理油田污水，具有很好的净化作用，且产品对环境友好，水处理剂使用量小，效果优异，易于推广应用。
中国专利号CN201410134380.8公开一种以自催化氧化为核心的PCB含铜废水处理方法，该方法利用酸性含铜废水将碱性络合铜废水的pH调至近中性或中性，利用零价铁将废水中的铜离子部分还原为利于后续Fenton反应的新生单质铜，在二价铁、新生单质铜的协同催化作用下，在中性条件下实现高效Fenton反应从而破络，后接零价铁还原实现废水中铜离子的回收，出水通过调碱沉淀的方法去除二价铁和三价铁离子，同时利用铁氢氧化物的絮凝、吸附作用进一步去除水中的污染物，最终出水铜离子浓度低于0.5mg/L，铁离子浓度低于10mg/L，可生化性良好。本发明充分利用体系中存在的铜，在除铜的同时利用了铜的催化作用，显著减少了酸、碱的投加量，减少出水盐含量，具有工业应用价值。
总体来说，关于污水处理现行公开的专利中，污水处理剂对重金属离子的吸附、络合存在选择性差、灵敏性低等缺点，对于微量级含量足以对人体产生伤害的Pb2+、Cr6+无法针对性处理。
发明内容
为克服现有污水处理剂对重金属离子选择性差的问题，本发明首要目的旨在提供一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂及其制备方法。
本发明一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，特征在于利用氧化石墨烯对高价金属的吸附作用，有机磷酸盐、羧酸根对金属离子的络合作用对金属离子的络合作用，将其利用到重金属离子污水处理方面。
本发明的一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其微观分子结构如下式表示：
所述的化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，由氧化石墨烯和有机磷酸与有机硅氧烷通过化学反应制备而成。
其中，所述氧化石墨烯由Hummers法、Staudemaier法、电化学法或Brodie法制备;进一步的为Hummers法制备的氧化石墨烯。
所述含氮有机磷酸化合物为氨基二甲氧基磷酸、乙二胺基三甲氧基磷酸、羟基乙叉二磷酸中的一种或两种以上;进一步的为乙二胺基三甲氧基磷酸。
所述有机硅氧烷为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂，其制备方法如下：
a、氧化石墨烯处理：采用0.05～0.10mol/L盐酸溶液、去离子水先后洗涤氧化石墨烯(自制或购买)，过滤，真空干燥，得到处理后的氧化石墨烯;
b、制备有机磷酸类硅氧烷偶联剂：在甲醇或乙醇溶液中溶液中，加入5份含氮有机磷酸化合物、4～5份有机硅氧烷，在25～35℃下搅拌2h;
c、氧化石墨烯硅烷化改性：在b中溶液中加入a中氧化石墨烯50～100份，在25～35℃下搅拌24h，经过滤，甲醇或乙醇和水洗涤，在40～50℃真空干燥24h，制得一种化学改性氧化石墨烯离子型污水处理剂。
本发明通过有机磷酸化学改性改性氧化石墨烯不仅保留了氧化石墨烯对于重金属离子Cu2+、Pb2+、Cr6+吸附能力强的优势，而且通过引入有机磷酸与金属高价离子络合，增大了氧化石墨烯对金属离子吸附量，由于改性磷酸盐的强络合作用，使得金属离子不易脱吸附。
