一種揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著有機(jī)化工業(yè)的迅速發(fā)展，有機(jī)材料領(lǐng)域的不斷突破，在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中有機(jī)物質(zhì)的用量越來越大，隨之產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物也逐漸成為當(dāng)今一類重要的污染源。
[0003]按照世界衛(wèi)生組織的定義沸點(diǎn)在50-250°C，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物屬于揮發(fā)性有機(jī)物，主要成分包括:烴類、鹵代烴、苯系物、氟利昂系列、多環(huán)芳烴等。揮發(fā)性有機(jī)物對人類健康有重大影響，會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，并會弓I起過敏、損傷內(nèi)臟，長期接觸可能致癌。并且揮發(fā)性有機(jī)物還是霧霾形成的重要污染源。
[0004]吸附法是目前處理揮發(fā)性有機(jī)物的一種廣泛采用的方法，其具有方法簡單、處理成本低、處理量大的特點(diǎn)。但是現(xiàn)有的吸附法存在一些突出的缺點(diǎn)，例如吸附效率低、對于低濃度VOC氣體吸附效果不佳、吸附劑的吸附容量不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜的制備方法，包括如下步驟:
1)將石墨烯放入到正丁醇、丙二醇和檸檬酸的混合液中超聲振蕩30分鐘，在5-10°C、氦氣環(huán)境下浸泡60-120分鐘，然后取出石墨烯用去離子水和無水乙醇間隔洗滌過濾4-8次，干燥備用；
2)將鉬酸鋅溶液、釩酸鉍溶液與乙酸混合，使溶液中鉬酸鋅的濃度為0.1-0.2mol/L，釩酸鉍的濃度為0.2-0.4mol/L，將步驟I)經(jīng)洗滌干燥的石墨烯薄膜浸泡在上述混合液中，靜置12-48小時后，取出石墨烯薄膜；
3)將步驟2)浸泡后取出的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為400-4500C，焙燒時間2-4小時，升溫速度5_8°C /min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜；
4)將步驟3)得到的負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜浸漬在丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的混合液中，靜置2-4小時后，取出石墨烯薄膜，室溫下干燥；
5)將步驟4)干燥后的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為400-450°C，焙燒時間2-4小時，升溫速度5-8°C/min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的表面被有機(jī)物改性的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜。
[0006]步驟3)中丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的物質(zhì)量的比值為1:1:2:2:2:0.5:1.5:1.5。
[0007]步驟I)中的正丁醇、丙二醇和檸檬酸的物質(zhì)的量的比值為1:1:3。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)石墨烯吸附薄膜上負(fù)載鉍、鋅兩種活性元素，能夠大幅提高石墨烯吸附薄膜針對VOC物質(zhì)的吸附速率。
[0009](2)石墨烯是近年來興起的一種碳基吸附材料，它是由sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質(zhì)新材料，其厚度只有0.335 nm。將石墨烯用作吸附材料具有體積小、重量輕、吸附量大的特點(diǎn)。
[0010](3)本發(fā)明通過丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇對石墨烯表面進(jìn)行改性，引入了羥基、羧基、胺基、羰基等多種活性官能團(tuán)，使石墨烯對VOC的吸附靈敏性和吸附容量大幅提升，能夠方便的應(yīng)用于毒性大、低濃度、流動性強(qiáng)的有廢氣處理中，吸附時間短，吸附效率高。其中石墨烯吸附薄膜的單位吸附量能達(dá)到5.80g/g，是活性炭等普通吸附材料的10幾倍，并且對1.0mg/m3這樣的VOC濃度極低的氣體進(jìn)行吸附處理，去除率達(dá)能夠達(dá)到到99.0%，是現(xiàn)有吸附材料所不能實現(xiàn)的。
[0011](4) 二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，在石墨烯表面形成一種多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使活性官能團(tuán)穩(wěn)定牢固，增強(qiáng)了石墨烯表面的攔截吸附能力。
【具體實施方式】
[0012]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0013]實施例1:
1)將石墨烯放入到正丁醇、丙二醇和檸檬酸的混合液中超聲振蕩30分鐘，正丁醇、丙二醇和檸檬酸的物質(zhì)的量的比值為I: 1: 3，超聲頻率為20KHz，在5°C、氦氣環(huán)境下浸泡60分鐘，然后取出石墨烯用去離子水和無水乙醇間隔洗滌過濾4次，干燥備用；
2)將鉬酸鋅溶液、釩酸鉍溶液與乙酸混合，使溶液中鉬酸鋅的濃度為0.lmol/L，釩酸鉍的濃度為0.2mol/L，將步驟I)經(jīng)洗滌干燥的石墨烯薄膜浸泡在上述混合液中，靜置12小時后，取出石墨烯薄膜；
3)將步驟2)浸泡后取出的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為400°C，焙燒時間2小時，升溫速度5°C /min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜；
4)將步驟3)得到的負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜浸漬在丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的混合液中，靜置2小時后，取出石墨烯薄膜，室溫下干燥；
5)將步驟4)干燥后的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為400°C，焙燒時間2小時，升溫速度5°C/min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的表面被有機(jī)物改性的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜。
[0014]利用上述石墨烯吸附薄膜對VOC濃度為1.0mg/m3的氣體進(jìn)行吸附處理，去除率達(dá)到99.0%、石墨稀吸附薄膜的單位吸附量達(dá)到4.06g/go
[0015]實施例2:
I)將石墨烯放入到正丁醇、丙二醇和檸檬酸的混合液中超聲振蕩30分鐘，正丁醇、丙二醇和檸檬酸的物質(zhì)的量的比值為1:1:3，超聲頻率為40KHZ，在10°C、氦氣環(huán)境下浸泡120分鐘，然后取出石墨烯用去離子水和無水乙醇間隔洗滌過濾8次，干燥備用；
2)將鉬酸鋅溶液、釩酸鉍溶液與乙酸混合，使溶液中鉬酸鋅的濃度為0.2mol/L，釩酸鉍的濃度為0.4mol/L，將步驟I)經(jīng)洗滌干燥的石墨烯薄膜浸泡在上述混合液中，靜置48小時后，取出石墨烯薄膜；
3)將步驟2)浸泡后取出的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為450°C，焙燒時間4小時，升溫速度8°C /min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜；
4)將步驟3)得到的負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜浸漬在丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的混合液中，靜置4小時后，取出石墨烯薄膜，室溫下干燥；
5)將步驟4)干燥后的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為450°C，焙燒時間4小時，升溫速度8°C/min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的表面被有機(jī)物改性的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜。
[0016]利用上述石墨烯吸附薄膜對VOC濃度為40.0mg/m3的氣體進(jìn)行吸附處理，去除率達(dá)到99.9%、石墨稀吸附薄膜的單位吸附量達(dá)到5.80g/go
[0017]實施例3:
1)將石墨烯放入到正丁醇、丙二醇和檸檬酸的混合液中超聲振蕩30分鐘，正丁醇、丙二醇和檸檬酸的物質(zhì)的量的比值為I: 1: 3，超聲頻率為30KHz，在8°C、氦氣環(huán)境下浸泡90分鐘，然后取出石墨烯用去離子水和無水乙醇間隔洗滌過濾4-8次，干燥備用；
2)將鉬酸鋅溶液、釩酸鉍溶液與乙酸混合，使溶液中鉬酸鋅的濃度為0.15mol/L，釩酸鉍的濃度為0.3mol/L，將步驟I)經(jīng)洗滌干燥的石墨烯薄膜浸泡在上述混合液中，靜置24小時后，取出石墨烯薄膜；
3)將步驟2)浸泡后取出的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為420°C，焙燒時間3小時，升溫速度6°C /min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜；
4)將步驟3)得到的負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜浸漬在丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的混合液中，靜置3小時后，取出石墨烯薄膜，室溫下干燥；
5)將步驟4)干燥后的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為420°C，焙燒時間3小時，升溫速度6°C/min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的表面被有機(jī)物改性的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜。
[0018]利用上述石墨烯吸附薄膜對VOC濃度為10.0mg/m3的氣體進(jìn)行吸附處理，去除率達(dá)到99.9%、石墨稀吸附薄膜的單位吸附量達(dá)到5.09g/go
【主權(quán)項】
1.一種揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜，其特征在于該薄膜通過以下步驟制備: I)將石墨烯放入到正丁醇、丙二醇和檸檬酸的混合液中超聲振蕩30分鐘，在5-10°C、氦氣環(huán)境下浸泡約60-120分鐘，然后取出石墨烯用去離子水和無水乙醇間隔洗滌過濾4-8次，干燥備用； 2將鉬酸鋅溶液、釩酸鉍溶液與乙酸混合，使溶液中鉬酸鋅的濃度為0.1-0.2mol/L，釩酸鉍的濃度為0.2-0.4mol/L，將步驟I)經(jīng)洗滌干燥的石墨烯薄膜浸泡在上述混合液中，靜置12-48小時后，取出石墨烯薄膜； 3)將步驟2)浸泡后取出的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為約400-4500C，焙燒時間2-4小時，升溫速度5_8°C /min,然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜； 4)將步驟3)得到的負(fù)載鉍、鋅的石墨烯薄膜浸漬在丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的混合液中，靜置2-4小時后，取出石墨烯薄膜，室溫下干燥； 5)將步驟4)干燥后的石墨烯薄膜在馬弗爐中加熱焙燒，焙燒的溫度為約400-450°C，焙燒時間2-4小時，升溫速度5-8°C/min，然后自然冷卻至室溫，得到負(fù)載鉍、鋅的表面被有機(jī)物改性的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜，其特征在于:步驟3)中丙二醇單甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基異丁基酮、正丁醛、N-甲基吡咯烷酮、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、丙三醇、聚乙烯醇的物質(zhì)量的比值為1:1:2:2:2:0.5:1.5:1.5。
3.如權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜，其特征在于:步驟I)中的正丁醇、丙二醇和檸檬酸的物質(zhì)的量的比值為1:1:3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種揮發(fā)性有機(jī)物石墨烯吸附薄膜，該薄膜通過以下步驟制備：1）石墨烯薄膜的預(yù)處理：2）石墨烯薄膜在無機(jī)溶液中的浸泡；3）石墨烯薄膜的鉍、鋅負(fù)載；4）石墨烯薄膜在有機(jī)溶液中的浸泡；5）石墨烯薄膜的焙燒。得到的石墨烯吸附薄膜具有高吸附容量、高處理效率、高吸附速率，能夠方便的應(yīng)用于毒性大、低濃度、流動性強(qiáng)的有廢氣處理中。
【IPC分類】B01J20-30, B01D53-02, B01J20-28, B01J20-20
【公開號】CN104874354
【申請?zhí)枴緾N201510301579
【發(fā)明人】陳國榮
【申請人】陳國榮
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月5日