申请日2015.06.24
公开(公告)日2015.11.11
IPC分类号B01J20/26; C02F1/28; B01J20/30; B01J20/28
摘要
本发明涉及选择性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，通过向威兰胶凝胶掺入氧化石墨烯得到氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶。在氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的上部加入染料溶液，搅拌使两者充分接触，即可高效、快速的选择性地吸收阳离子型、含有π共轭基团、氢键的染料分子，吸附完全以后，凝胶的结构不会被破坏，水和凝胶易于分离。本发明操作简单，原料易得，使用量少，具有选择性，样品易于回收，生物适应性好，使用过程中不产生毒害物质，可以满足相关产业对于污水处理的需求。
权利要求书
1.一种选择性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，包括步骤 如下：
(1)氧化石墨烯水溶液的配制
将氧化石墨烯加入到水中，超声处理3-6小时，得到浓度为0.3～0.7wt%，的氧化石墨 烯水溶液;
(2)威兰胶水溶液的配制
将威兰胶加入到水中，室温溶胀20-30小时，再室温搅拌5-10天，得到浓度为1-3wt% 的威兰胶水溶液;
(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的配制
将氧化石墨烯水溶液和威兰胶水溶液混合，使得氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶中威兰 胶的浓度范围为0.5-0.9wt%，氧化石墨烯的浓度范围为0.1-0.5wt%;充分混合均匀，静置， 即得氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，其特征在于，步 骤(1)中超声处理的频率为50-60Hz。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，其特征在于， 步骤(2)中室温搅拌的搅拌速率为300-400r/min。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，其特征在于， 步骤(3)中充分混合均匀的方式为先涡旋1-3分钟，再超声处理3-5分钟。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，其特征在于， 步骤(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶中威兰胶的浓度为0.5wt%，氧化石墨烯的浓度为 0.5wt%。
说明书
选择性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种选择性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，属于新材料领域。
背景技术
现如今，源于生产制造产生的化合物和有害物质在全世界范围内已经导致了严重的水污染，特别是有着很强毒性和不可生物降解性的工业染料、重金属离子(例如镉、铬、铜、铅、铁和汞离子等)和其他有毒分子。人类和动物即使是在超低浓度接触到它们，也会导致蓄积性、致命性或致癌性中毒。因此，从工业废水中去除各种染料和重金属离子等有毒分子已经成为一件紧迫且至关重要的事情。人们研究和发展了各种各样的从废水中去除有毒分子的方法，例如：吸附法、离子交换法等。在这些方法中，吸附法作为可具有工业规模的净化和分离技术变得越来越重要，特别是在去除化学和生物稳定的有机物方面，已成为一种处理工业废水的强有力手段。
据报道，到目前为止，粘土、疏水多孔聚合物、各种有机-无机复合材料以及碳基材料可以有选择性的去除水污染物。在上述提到的这些材料中，碳基材料是最有前途的吸附剂，因为它们具有高的比表面积、高的化学和机械稳定性。最近，各种各样的低维碳纳米材料(例如富勒烯、碳纳米管和石墨烯)，由于其表面积高、比重轻，在作为各种离子或非离子污染物的高效吸附剂方面展示了大的容量和高的吸附能力。其中，氧化石墨烯(GO)是一种性能优越的新型碳材料，由单层的碳原子构成，具有很高的比表面积，其表面和边缘含有许多活性官能团，如羟基，羧基，环氧基，水溶性较好。氧化石墨烯的这种结构使得其在污水处理中不仅可以起到物理吸附的效果，也可以发挥化学吸附的作用。
威兰胶是一种新型的微生物多糖，它的主要结构是五糖重复单元，结构骨架由β-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖醛酸、β-D-葡萄糖和x-L-鼠李糖的单元组成，侧链由单链的L-甘露糖或单链的L-鼠李糖构成。由于分子内及分子间的吸引力，威兰胶相邻双螺旋间类似于拉链一样平行排列，分子间互相缠绕形成牢固的网络结构，使得威兰胶水溶液具有很高的粘弹性，并能够抵抗外加应力、温度及离子强度。因此，威兰胶/GO构筑的高分子聚合物凝胶复合材料能够结合各自的优势，同时具有威兰胶的柔韧性和GO的高强度，使其具有很好地吸附染料的效果，能够选择性吸附污水中的有机污染物，达到净水目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效、迅速、并且选择性的吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法。本发明制得的高分子聚合物凝胶可较好的吸附污水中的阳离子型、含有π共轭基团、氢键的染料，吸附效果好，易于回收，制备方法简单。
术语说明：
威兰胶是一种新型的微生物多糖。氧化石墨烯(GO)是由单层的碳原子构成，表面和边缘含有活性基团。威兰胶和氧化石墨烯(GO)的分子结构如下所示。
威兰胶和氧化石墨烯(GO)为常规试剂，均可市场购买。
本发明的技术方案如下：
一种选择性吸附污水中染料的氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)氧化石墨烯水溶液的配制
将氧化石墨烯加入到水中，超声处理3-6小时，得到浓度为0.3～0.7wt%，的氧化石墨烯水溶液;
(2)威兰胶水溶液的配制
将威兰胶加入到水中，室温溶胀20-30小时，再室温搅拌5-10天，得到浓度为1-3wt%的威兰胶水溶液;
(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶的配制
将氧化石墨烯水溶液和威兰胶水溶液混合，使得氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶中威兰胶的浓度范围为0.5-0.9wt%，氧化石墨烯的浓度范围为0.1-0.5wt%;充分混合均匀，静置，即得氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶。
根据本发明，优选的，步骤(1)中超声处理的频率为50-60Hz。
根据本发明，优选的，步骤(2)中室温搅拌的搅拌速率为300-400r/min。
根据本发明，优选的，步骤(3)中充分混合均匀的方式为先涡旋1-3分钟，再超声处理3-5分钟;进一步优选的，超声处理的频率为50-60Hz。
根据本发明，优选的，步骤(3)氧化石墨烯基高分子聚合物凝胶中威兰胶的浓度为0.5wt%，氧化石墨烯的浓度为0.5wt%。
根据本发明，优选的，步骤(1)、(2)中所述的水为超纯水。
本发明的突出特点是：(1)氧化石墨烯基凝胶吸附染料具有选择性，吸收较好的染料为阳离子型、含有较多π共轭基团及氢键的，对于阴离子型、含有π共轭基团较少的染料吸附比较差;(2)使用的GO的用量很少;(3)吸附完成以后，凝胶不会被破坏，染料溶液和凝胶有很好的界限，直接将水溶液倾倒即可分离;(4)通过改变掺入GO的量可以调节染料吸附量;(5)使用的威兰胶、GO均为生物适应性物质不会产生毒害物质。
本发明的有益效果和优势在于：在很广的浓度范围内都可以形成稳定的凝胶，直接将染料加入到凝胶的上部，搅拌，就可以快速的吸附染料，操作简单，吸收具有选择性，对阳离子型染料、含有较多π共轭基团及氢键结构的染料吸附效果尤其的好，吸附完全后凝胶并没有被破坏，这样有利于凝胶的回收。另外可以根据实际需要，调节凝胶中掺杂氧化石墨烯的量以达到节约能源的效果。
