用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑及其制備和使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑及其制備和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)研宄、開發(fā)的需要，而產(chǎn)生含重金屬離子的廢水，包括含有機(jī)物的重金屬離子和低濃度的稀有金屬離子的廢水，在環(huán)境領(lǐng)域帶來水污染隱患的同時，也引起人們關(guān)注廢水排放后對人類飲水的直接或間接的影響。特別對于重金屬離子的危害，以及低濃度含重金屬離子廢水的難吸附沉降特性，此類廢水的處理難題越來越受到更多人的重視。本發(fā)明制備的材料，在已有的材料科學(xué)基礎(chǔ)理論上，利用氨化氧化石墨烯負(fù)載二氧化鈦和四氧化三鐵，所具有的光降解有機(jī)物、高效吸附性能、便捷的回收操作等諸多優(yōu)點，成為廢水處理領(lǐng)域一種新式的高效處理途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑及其制備和使用方法，以解決目前各種生產(chǎn)、研宄過程中使用含重金屬物質(zhì)和稀有金屬催化劑等而產(chǎn)生的含重金屬離子或者低濃度稀有金屬離子的廢水的問題。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑，其特征在于，包括氨化氧化石墨烯載體，所述的氨化氧化石墨烯載體上負(fù)載有二氧化鈦和四氧化三鐵。
[0005]本發(fā)明還提供了上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑的制備方法，其特征在于，包括:
[0006]步驟1:氧化石墨烯的氨化處理:將I重量份的氧化石墨烯加入到I?2重量份的二甲基甲酰胺(DMF)中，超聲處理I?3小時，得到氧化石墨烯懸浮液，然后加入150?180重量份的氨化試劑，25?30重量份的二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)，超聲5?lOmin，在50?70°C下反應(yīng)48?52h，加入無水乙醇，無水乙醇與氧化石墨烯的重量比為12?45: 1，靜置過夜；除去上層清液，用聚四氟乙烯膜過濾下層沉淀，并用乙醇、去離子水洗滌，所得樣品在60°C下烘干，得到氨化氧化石墨烯(GOs-ΤΕΤΑ或GOs-EDA)；
[0007]步驟2:含鈦氨化氧化石墨烯懸浮液:將氨化氧化石墨烯、水和無水乙醇混合，超聲處理60?90min，得到氨化氧化石墨稀均相懸浮液，加入鈦酸醋，繼續(xù)超聲30?120min，得到含鈦氨化氧化石墨烯懸浮液，本步驟中所用到的氨化氧化石墨烯、水、無水乙醇以及鈦酸酯的重量比為1: 250?500: 20?300: 5?20 ;
[0008]步驟3:含鐵氨化氧化石墨烯懸浮液:將氨化氧化石墨烯、含鐵試劑、醋酸鈉和丙稀酸鈉分散在有機(jī)溶劑中，超聲處理30?90min得到含鐵氨化氧化石墨稀懸浮液；本步驟中所用到的氨化氧化石墨烯、含鐵試劑、醋酸鈉、丙烯酸鈉和有機(jī)溶劑的重量比為1: 5?20:1 ?3:1 ?3: 200 ?800。
[0009]步驟4:將含鈦氨化氧化石墨烯懸浮液和含鐵氨化氧化石墨烯懸浮液按照重量比I: I?10混合，裝入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在150?200°C下反應(yīng)8?15h，冷卻到室溫后，用去離子水和無水乙醇洗滌，抽濾后，用蒸餾水洗滌濾紙上的黑褐色碳基負(fù)載吸附劑，對其進(jìn)行離心操作，真空干燥后得到用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑。
[0010]優(yōu)選地，所述的氨化試劑為三乙烯四胺(TETA)或乙二胺(EDA)。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述的含鐵試劑為無水氯化鐵或六水合氯化鐵。
[0012]優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為乙二醇、丙三醇和二甘醇中的一種或者幾種的混合物。
[0013]優(yōu)選地，所述的氧化石墨稀為改良Hummers法制備的氧化石墨稀。
[0014]優(yōu)選地，所述的鈦酸酯為鈦酸四丁酯或鈦酸正四異丙酯。
[0015]本發(fā)明還提供了上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑使用方法，其特征在于，具體包括:在含重金屬有機(jī)廢水中加入上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑，攪拌吸附10min-360min，并進(jìn)行紫外燈照射，完成對水中重金屬離子的吸附和對有機(jī)污染物的降解。
[0016]優(yōu)選地，在吸附后，通過外置磁力裝置對上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑進(jìn)行吸附回收，或者通過氣浮-混凝沉淀回收上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑，對上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑進(jìn)行再處理以達(dá)到循環(huán)利用的目的。
[0017]本發(fā)明的吸附降解作用機(jī)理為:以氨化氧化石墨烯為載體的負(fù)載二氧化鈦和四氧化三鐵的粉末或顆粒狀吸附材料對含重金屬離子的有機(jī)廢水的吸附降解作用機(jī)理:碳基材料為氧化石墨烯，它具有親水性和抗污染等特性，其負(fù)載二氧化鈦和四氧化三鐵以后，通過紫外可見光照射在石墨烯上負(fù)載的二氧化鈦上，產(chǎn)生羥基自由基，降解有機(jī)污染物，同時為石墨烯上負(fù)載的四氧化三鐵為吸附重金屬離子提供有效吸附空間。石墨烯上負(fù)載的納米級四氧化三鐵具有巨大的比表面積，對重金屬離子的吸附效果極佳。四氧化三鐵具有磁性，利用這一特性，對吸附后碳基材料進(jìn)行磁力吸附聚集，以達(dá)到集中回收、再處理循環(huán)利用的目的。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明制備的以氨化氧化石墨烯為載體的負(fù)載二氧化鈦和四氧化三鐵的粉末或顆粒狀吸附材料，可以高效吸附廢水中的重金屬離子，同時可以有效降解廢水中的有機(jī)污染物，并利用四氧化三鐵的磁性，達(dá)到高效快捷的回收操作。極大的降低了廢水中重金屬離子對水體的危害，減少了有機(jī)物質(zhì)對水體凈化的負(fù)荷，增加了廢水處理后的碳基材料回收操作可行性和便捷性。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0021]實施例1
[0022]一種用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑，包括氨化氧化石墨烯載體，所述的氨化氧化石墨烯載體上負(fù)載有二氧化鈦和四氧化三鐵。
[0023]上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑的制備方法為:
[0024]步驟1:氧化石墨烯的氨化處理:將1g氧化石墨烯加入到1g 二甲基甲酰胺中，在工作頻率40KHz條件下超聲處理2小時，得到氧化石墨烯懸浮液，然后加入1500g三乙烯四胺(TETA)，250g 二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)，在工作頻率40KHz條件下超聲lOmin，在60°C下反應(yīng)48h，加入600ml無水乙醇，靜置過夜；除去上層清液，用聚四氟乙烯膜過濾下層沉淀，并用乙醇、去離子水洗滌，所得樣品60°C下烘干，得到氨化氧化石墨烯GOs-TETA。
[0025]步驟2:含鈦氨化氧化石墨烯懸浮液:將0.5g氨化氧化石墨烯分散在250ml水和200ml乙醇混合溶液中，在工作頻率40KHz條件下超聲60min，得到氧化石墨稀均相懸浮液；在氧化石墨稀懸浮液中加入5ml鈦酸正四異丙醋之后，繼續(xù)在工作頻率40KHz條件下超聲處理60min，得到含鈦氧化石墨稀懸浮液。
[0026]步驟3:含鐵氨化氧化石墨稀懸浮液:分別稱取0.5g氨化氧化石墨稀、8.1g六水合氯化鐵、Ig無水醋酸鈉、Ig丙烯酸納，分散在450ml乙二醇和二甘醇(比例為1:1)溶劑中，在工作頻率40KHz條件下超聲60min，得到含鐵氨化氧化石墨稀懸浮液。
[0027]步驟4:將含鈦氨化氧化石墨烯懸浮液和含鐵氨化氧化石墨烯懸浮液按照重量比I: I混合，裝入內(nèi)襯聚四氟乙烯的的不銹鋼高壓反應(yīng)釜，放置于馬弗爐中在150°C下反應(yīng)15h，反應(yīng)后取出反應(yīng)釜冷卻到室溫后，用去離子水和無水乙醇對釜內(nèi)物質(zhì)洗滌，抽濾，離心操作，70°C真空干燥后得到黑灰色以氨化氧化石墨烯為載體的負(fù)載二氧化鈦和四氧化三鐵的磁性粉末材料，即為用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑。
[0028]吸附實例:取1.5g碳基吸附材料均勻的撒在10ml含三氧化二砷的水溶液中，其中三氧化二砷的濃度為lg/100ml水，攪拌，吸附時長為15min后，對吸附后的澄清溶液測得三氧化二砷的濃度低于lmg/100ml，即碳基材料對水中三氧化二砷的去除率達(dá)到99.9%。
[0029]實施例2
[0030]一種用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑，包括氨化氧化石墨烯載體，所述的氨化氧化石墨烯載體上負(fù)載有二氧化鈦和四氧化三鐵。
[0031]上述的用于去除廢水中重金屬的碳基負(fù)載吸附劑的制備方法為:
[0032]步驟1:氧化石墨烯的氨化處理:將1g的氧化石墨烯加入到1g 二甲基甲酰胺(DMF)中，在工作頻率40KHz條件下超聲處理3小時，得到氧化石墨烯懸浮液，然后加入1500g乙二胺(EDA)，250g 二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)，在工作頻率40KHz條