一種石墨烯水凝膠的制備方法及產(chǎn)品的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種條件溫和的化學(xué)還原法制備對抗生素具有高吸附容量的石墨烯水凝膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(GO)作為一種熱門新興材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，超強的力學(xué)性能，極高的穩(wěn)定性及大的比表面積，受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。近年來，隨著科學(xué)工藝的不斷進(jìn)步，大量生產(chǎn)石墨烯的工藝越發(fā)成熟，其成本也越發(fā)低廉，高比表面積與成熟生產(chǎn)技術(shù)使得石墨烯成為一種潛在的高效吸附劑。因為常規(guī)方法制備的石墨烯均呈超細(xì)粉狀，在使用過程中會由于尺寸效應(yīng)、表面惰性等出現(xiàn)團(tuán)聚、分布不均等問題，從而導(dǎo)致材料本身的優(yōu)異性能得不到有效發(fā)揮。同時，由于石墨烯片層間的范德華力較大，使得層與層之間發(fā)生很嚴(yán)重的納米團(tuán)聚以及片層堆疊現(xiàn)象，無形之中大大降低了石墨烯的比表面積，極大限制了其應(yīng)用。在水處理過程中，由于石墨烯是水分散溶液，導(dǎo)致吸附后需要超濾或是離心分離，后續(xù)處理工藝復(fù)雜。此外，作為納米材料的石墨烯存在一定的生物毒性，其在環(huán)境中的二次污染物體也引起了相當(dāng)大的關(guān)注。
[0003]經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為解決此類石墨烯材料中易團(tuán)聚、不易分離等問題，以石墨烯為骨架將其自組裝形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的宏觀形態(tài)材料，可以有效避免石墨烯片層之間的團(tuán)聚，極大地提高材料的比表面積。因此，石墨烯宏觀體因其比表面積大、易于分離的特點，使其在高效吸附劑和催化劑載體方面都具有潛在的應(yīng)用價值。
[0004]隨著我國醫(yī)藥工業(yè)的迅速發(fā)展，制藥廢水對環(huán)境的污染日益加劇，給人類健康也帶來了嚴(yán)重的威脅。制藥工業(yè)具有產(chǎn)品種類多、生產(chǎn)工序復(fù)雜、生產(chǎn)規(guī)模差別大等特點。目前我國制藥工業(yè)占全國工業(yè)總產(chǎn)值的1.7%，而污水排放量卻占全國污水排放量的2%，制藥工業(yè)被列入環(huán)保治理的12個重點行業(yè)之一，制藥工業(yè)產(chǎn)生的廢水成為環(huán)境監(jiān)測治理的重中之重，而抗生素廢水更是制藥廢水中產(chǎn)量大、處理困難的典型工業(yè)廢水。近日，科學(xué)通報上有文章指出，我國地表水中存在68種抗生素，表明抗生素污水治理的迫切性與必要性。為此，亟需一種新型有效的吸附劑來治理含抗生素污水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明目的是提供一種石墨烯水凝膠的制備方法，反應(yīng)條件溫和，所得產(chǎn)品對抗生素具有高吸附容量。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述方法制備的石墨烯水凝膠用作吸附劑的用途。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供了一種石墨烯水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0009]向氧化石墨烯溶液中加入還原劑進(jìn)行超聲分散，然后加熱進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出產(chǎn)物洗滌得到石墨烯水凝膠。
[0010]所述氧化石墨烯溶液的制備方法包括以下步驟:將氧化石墨溶于水中，超聲分散4?12h，使氧化石墨分離成均一穩(wěn)定的氧化石墨烯溶液。
[0011]所述氧化石墨稀溶液的濃度為0.5?8mg/mL。
[0012]所述氧化石墨稀與還原劑的比例彡1:1。
[0013]所述還原劑為乙二胺、抗壞血酸、水合肼或谷胱甘肽。
[0014]所述超聲分散的時間為0.5?4h。
[0015]所述加熱的時間為10?18h。
[0016]所述加熱的溫度為70?100°C。
[0017]所述洗滌采用蒸餾水洗，反復(fù)洗滌。
[0018]本發(fā)明還提供了一種上述方法制備的石墨烯水凝膠用作吸附劑的用途。
[0019]本發(fā)明還提供了一種上述方法制備的石墨烯水凝膠用于吸附污水中抗生素的用途。
[0020]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0021]本發(fā)明以石墨烯為骨架組裝形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的宏觀形態(tài)材料石墨烯水凝膠，有效避免了石墨烯片層之間的納米團(tuán)聚以及片層堆疊現(xiàn)象，極大地提高了材料的比表面積，提升了其吸附效果。
[0022]本發(fā)明將粉狀石墨烯制備成為水凝膠宏觀體形式，使其具有比表面積大，易于分離的特點，有效解決粉狀石墨烯吸附后需要超濾或是離心分離、后續(xù)處理工藝復(fù)雜的問題，使其在高效吸附劑和催化劑載體方面都具有潛在的應(yīng)用價值。
[0023]本發(fā)明制得的石墨烯水凝膠對于抗生素廢水具有較高的吸附能力，遠(yuǎn)優(yōu)于常見吸附劑，拓寬了石墨烯材料的應(yīng)用范圍。
[0024]本發(fā)明的工藝簡單易行，采用了常見的還原劑，在相對溫和的條件下還原得到石墨烯水凝膠，降低了制備成本，且對環(huán)境無污染，無明顯危險原料，適于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所獲得的石墨烯水凝膠的光學(xué)圖。
[0026]圖2是本發(fā)明所獲得的石墨烯水凝膠的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖。
[0027]圖3是本發(fā)明所獲得的石墨烯水凝膠對于污水中抗生素的吸附光學(xué)圖。
[0028]圖4是本發(fā)明所獲得的石墨烯水凝膠對于污水中抗生素吸附的等溫線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0030]實施例1
[0031]本發(fā)明方法是用在溫和的水浴反應(yīng)條件下采用化學(xué)還原法，還原氧化石墨烯使其發(fā)生自組裝現(xiàn)象形成石墨烯水凝膠。
[0032]將氧化石墨溶于水中，超聲12小時，使氧化石墨分離成均一穩(wěn)定的濃度為lmg/mL的氧化石墨烯溶液；向所得的氧化石墨烯溶液中按照氧化石墨烯與還原劑質(zhì)量比為1:1添加還原劑抗壞血酸，超聲分散2小時，使還原劑與氧化石墨烯溶液混合均勻；按照一定量分裝于燒杯中，并用封口膜封口，并放入水浴鍋中，控制水浴鍋溫度為70°C，加熱時間為10小時；還原反應(yīng)過程結(jié)束后，取出產(chǎn)物，將所得石墨烯水凝膠浸泡于蒸餾水中，不斷換水洗滌，得到所需產(chǎn)物，其光學(xué)圖片如圖1所示，圖1是本發(fā)明所獲得的石墨烯水凝膠的光學(xué)圖，氧化石墨烯溶液經(jīng)還原過程發(fā)生自組裝，形成了疏水的三維宏觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)BET測試，該石墨烯水凝膠的比表面積可達(dá)361m2/g。
[0033]實施例2
[0034]將氧化石墨溶于水中，超聲10小時，使氧化石墨分離成均一穩(wěn)定的濃度為2mg/mL的氧化石墨烯溶液；向所得的氧化石墨烯溶液中按照氧化石墨烯與還原劑質(zhì)量比為1:1添加還原劑抗壞血酸，超聲分散4小時，使還原劑與氧化石墨烯溶液混合均勻；按照一定量分裝于燒杯中，并用封口膜封口，并放入水浴鍋中，控制水浴鍋溫度為75°C，加熱時間為10小時；還原反應(yīng)過程結(jié)束后，取出產(chǎn)物，將所得石墨烯水凝膠浸泡于蒸餾水中，不斷換水洗