一種用于含酚廢水處理的氧化石墨烯膜的制作方法
【專利摘要】一種用于含酚廢水處理的氧化石墨烯膜。一種制備氧化石墨烯分離膜的方法，將碳粉、濃硫酸、NaNO3混合后在冰水浴中攪拌，緩慢加入KMnO4。此后體系升溫至35℃，攪拌一小時(shí)后加入蒸餾水。并將體系升溫至于95℃后持續(xù)攪拌30min，然后再向體系中加入少量蒸餾水和雙氧水。將體系中的水分過(guò)濾后得到氧化石墨烯膜。將上述膜用于含苯酚廢水的處理，發(fā)現(xiàn)苯酚的脫除效果明顯，處理前后結(jié)果如圖所示。
【專利說(shuō)明】一種用于含酚廢水處理的氧化石墨烯膜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化石墨烯膜的制備及其在含酚廢水處理中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]苯酚簡(jiǎn)稱酚，又稱石炭酸，常溫下是一種無(wú)色或白色針狀結(jié)晶，密度1.07g/cm3。熔點(diǎn)40°C，常溫下微溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，具有特殊氣味，在空氣或日光下易被氧化而逐漸變成粉紅色，最終變?yōu)榧t色(律曉鑫，陳凱，張鳳，淺談含苯酚廢水的處理，化學(xué)教學(xué)，8(2012)，75-77)。苯酚最初是從煤焦油中提取而得到，目前大量苯酚采用KBR合成法獲得(ffojciech Kujawski等，Removal of phenol from wastewater by different separat1ntechniques，Desalinat1n 163 (2004) 287-296)，苯酸在醫(yī)藥、醫(yī)療、橡膠、殺蟲(chóng)劑等工業(yè)被廣泛應(yīng)用。
[0003]雖然苯酚在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位，其大量應(yīng)用也導(dǎo)致了一定的環(huán)境污染。苯酚廢水流入江河，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對(duì)人們的身體健康形成不容忽視的威脅，并且影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。苯酚進(jìn)入水體后，含量為0.1?0.2mg/L時(shí)，就足以讓魚肉有異味，過(guò)高濃度還會(huì)導(dǎo)致魚群大面積死亡；苯酚進(jìn)入動(dòng)物體可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)變性而殺死細(xì)胞，引起頭暈、貧血、出瘆和瘙癢等癥狀，同時(shí)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)也有一定的損害作用。由于苯酚的上述危害，必須嚴(yán)格控制環(huán)境中的苯酚含量。我國(guó)苯酚廢水排放(GB8978-1996)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是1.0mg/L，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是0.4mg/L，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是0.3mg/L。在我們常使用的自來(lái)水、礦泉水中均含有符合國(guó)家安全規(guī)定三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1.0mg/L)的苯酸。為達(dá)到上述要求，含苯酸廢水排放前必須經(jīng)過(guò)一定的處理。目前，已有多種含苯酚廢水的處理方法，常見(jiàn)方法有吸附法、氧化法、電解法、萃取法等10余種處理方法。目前這些方法都有各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，例如每一種方法所處理的廢水的酚含量有一定限制，而且對(duì)廢水的來(lái)源也有一定要求。為克服上述缺點(diǎn)，還有必要開(kāi)發(fā)新型的含酚廢水處理方法。
[0004]氧化石墨烯是石墨的一種衍生物，具有蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)，由于具有特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，比如較大比表面積、較高的孔隙率、較高的電導(dǎo)以及無(wú)毒、環(huán)保等特點(diǎn)，氧化石墨及其還原產(chǎn)物石墨烯在很多領(lǐng)域例如超級(jí)電容器、燃料電池催化劑等領(lǐng)域得到廣泛石開(kāi)宄(Liu, C.G.Yu, Z.N.Neff, D.Zhamu, A.Jang, B.Z.Graphene-Based Supercapacitorwith an Ultrahigh Energy Density 10(2010),4863-4868, Xin, Y.C.Liu, J.G.Zhou,Y.Liu, ff.M.Gao, J.A.Xie，Y.Yin, Y.Zou, Z.G.Preparat1n and characterizat1n ofPt supported on graphene with enhanced electrocatalytic activity in fuel cellJournal of Power Sources，3 (2011)，1012-1018)，不過(guò)關(guān)氧化石墨稀在廢水處理中的應(yīng)用還比較少，本專利則提出一種氧化石墨烯在吸附法處理含苯酚廢水中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提出一種低成本、合成簡(jiǎn)便的制備一種新型廢水處理膜的方法。這種膜主要用于含苯酚廢水中苯酚的脫除。
[0006]一種氧化石墨烯膜的制備方法，它包括以下步驟:
[0007]步驟1.氧化石墨烯的制備，目前制備的氧化石墨烯的方法一般是先將活性炭在濃硫酸、高猛酸鉀以及硝酸鈉等提供的強(qiáng)氧化的環(huán)境下氧化(Laura J.Cote，F(xiàn)ranklinKim, and Jiaxing Huang, Langmuir-Blodgett Assembly of Graphite Oxide SingleLayers, Journal of the American Chemical Society，131，2009，1043-1049)，本專利則是在文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上(Xin，Y.C.Liu, J.G.Zhou, Y.Liu, ff.M.Gao, J.A.Xie，Y.Yin，Y.Zou,Z.G.,Preparat1n and characterizat1n of Pt supported on graphene with enhancedelectrocatalytic activity in fuel cell，Journal of Power Sources，196 (3)，2011，1012-1018.)進(jìn)行改善，提出了一種氧化石墨薄膜的制備方法。首先是采用HUMOR法對(duì)活性炭進(jìn)行氧化。簡(jiǎn)要敘述如下:將碳粉、濃硫酸、NaNCV混合后在冰水浴中攪拌，緩慢加入KMnO4,根據(jù)文獻(xiàn)，此處加入步驟應(yīng)盡可能緩慢，否則有爆炸危險(xiǎn)，再次特別提醒。此后體系升溫至35°C，攪拌一小時(shí)后加入蒸餾水。并將體系升溫至于95°C后持續(xù)攪拌30min，然后再向體系中加入少量蒸餾水和雙氧水。
[0008]步驟2.本步驟為成膜過(guò)程。將步驟I得到的混合物真空過(guò)濾，并用蒸餾水洗滌濾餅，一般每0.5mol氧化石墨烯需要10ml水洗滌，除去制備時(shí)引入的易溶于水的鹽。此過(guò)程中，水透過(guò)濾餅的速率逐漸降低，最終所得產(chǎn)物可以在濾紙上形成一層較薄的氧化石墨烯膜；
[0009]步驟3.將步驟2所得的膜用作分離膜用于含苯酚廢水的凈化。簡(jiǎn)要步驟如下:將苯酚溶于蒸餾水后最為模擬含苯酚廢水。將廢水傾入底部鋪了氧化石墨烯膜的漏斗，使廢水自然透過(guò)上述膜。收集透過(guò)的液體。
[0010]步驟4.將步驟3所得的處理過(guò)的水采用紫外-可見(jiàn)檢測(cè)儀，檢測(cè)樣品對(duì)紫外光的吸收情況，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果中吸收峰的面積推算廢水中苯酚的含量，并與處理前的廢水做對(duì)比。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011 ] 圖.1為本專利氧化石墨烯處理前后含苯酚溶液的紫外-可見(jiàn)光譜圖，可見(jiàn)處理后水中的苯酚顯著降低，證明石墨烯膜是一種有效的脫除廢水中苯酚的介質(zhì)。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下給出本發(fā)明的2個(gè)最佳實(shí)施例。
[0013]實(shí)施例一:含苯酚0.24%廢水的處理
[0014](I)在1000ml的燒杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%濃硫酸，在冰水浴中攪拌，攪拌過(guò)程中緩慢加入3gKMn04。加完后將日系升溫至35°C，攪拌60min，然后加入400ml水，此時(shí)體系約升溫至95°C，將水浴升溫至95°C，繼續(xù)攪拌30min后再加水100ml，并隨后滴加3ml雙氧水，體系變?yōu)樽攸S色。將體系趁熱過(guò)濾，用約10ml蒸飽水洗滌濾餅，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0015](2)將含有一定苯酚的水溶液加入到底部鋪有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透過(guò)，收集處理后的濾液，用紫外-可見(jiàn)光譜儀測(cè)定其中苯酚的含量。
[0016]實(shí)施例二:含苯酚0.12%廢水的處理
[0017](I)在1000ml的燒杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%濃硫酸，在冰水浴中攪拌，攪拌過(guò)程中緩慢加入3gKMn04。加完后將日系升溫至35°C，攪拌60min，然后加入400ml水，此時(shí)體系約升溫至95°C，將水浴升溫至95°C，繼續(xù)攪拌30min后再加水100ml，并隨后滴加3ml雙氧水，體系變?yōu)樽攸S色。將體系趁熱過(guò)濾，用約10ml蒸飽水洗滌濾餅，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0018](2)將含有一定苯酚的水溶液加入到底部鋪有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透過(guò)，收集處理后的濾液，用紫外-可見(jiàn)光譜儀測(cè)定其中苯酚的含量。
[0019]實(shí)施例三:含苯酚0.06%廢水的處理
[0020](I)在100ml的燒杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%濃硫酸，在冰水浴中攪拌，攪拌過(guò)程中緩慢加入3gKMn04。加完后將日系升溫至35°C，攪拌60min，然后加入400ml水，此時(shí)體系約升溫至95°C，將水浴升溫至95°C，繼續(xù)攪拌30min后再加水100ml，并隨后滴加3ml雙氧水，體系變?yōu)樽攸S色。將體系趁熱過(guò)濾，用約10ml蒸餾水洗滌濾餅，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0021](2)將含有一定苯酚的水溶液加入到底部鋪有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透過(guò)，收集處理后的濾液，用紫外-可見(jiàn)光譜儀測(cè)定其中苯酚的含量。
【權(quán)利要求】
1.一種用于含酚廢水處理的氧化石墨烯膜 其特征在于: 采用了一種改進(jìn)的Humer法制備氧化石墨烯，在制備過(guò)程中，避免了繁瑣的離心分離過(guò)程而直接獲得氧化石墨烯膜。利用該膜脫除廢水中的苯酚實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明采用這種方法制備的氧化石墨烯膜可以有效脫除廢水中的苯酚，脫除率可達(dá)97%以上，且易于再生，每一氧化石墨烯膜可以重復(fù)利用5次而未發(fā)現(xiàn)有明顯的性能降低。
2.如權(quán)利要求1所述，合成的步驟如下: 步驟1.將碳粉、濃硫酸、NaNCV混合后在冰水浴中攪拌，緩慢加入ΚΜη04。此后體系升溫至35°C，攪拌一小時(shí)后加入蒸餾水。并將體系升溫至于95°C后持續(xù)攪拌30min，然后再向體系中加入少量蒸餾水和雙氧水。 步驟2.將步驟1得到的混合物過(guò)濾，固體可在濾紙上成膜； 步驟3.將步驟2所得的膜用作分離膜，用于苯酚的脫除。
【文檔編號(hào)】C02F101/34GK104495808SQ201410712985
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】高建, 郭淳凱, 胡長(zhǎng)樂(lè), 譚小耀, 初園園, 盧素敏 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)