一種用于去除水體中無機汞的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于去除水體中無機汞(Hg2+)的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汞是自然界中最易生物積累的有毒重金屬之一。其中Hg2+是自然水體中最主要的無機汞形式，甲基汞通常經(jīng)硫酸鹽還原菌在缺氧條件下將Hg2+甲基化形成，在機體內(nèi)持久存在且可以通過食物鏈生物富集。去除水體中Hg2+的技術(shù)很多，包括化學(xué)沉淀、溶劑萃取、膠結(jié)作用、超濾、混凝、離子交換、光催化和吸附等。其中，吸附被認(rèn)為是最有前景的技術(shù)，具有低成本、易于操作和易于設(shè)計等優(yōu)點。多種吸附劑被應(yīng)用于水體中Hg2+的去除，例如生物炭、活性炭、硫化亞鐵、金屬氧化物(比如，二氧化硅包裹的磁鐵礦，α-FeOOH，γ -Al2O3，β_Α1 (OH)3，MnO，和MnOx)。然而，這些吸附劑也有很多缺點，比如，機械強度低、水熱穩(wěn)定性差、與重金屬結(jié)合的化學(xué)鍵較弱、當(dāng)汞的濃度較低時去除效率下降等。因此，有必要研制一種既具有高吸附能力，同時對低濃度Hg2+具有良好去除效果的環(huán)境友好型吸附劑。
[0003]氧化石墨烯作為近年來備受矚目的納米材料，具有單層石墨結(jié)構(gòu)，巨大的理論比表面積，高機械強度和豐富的官能團(tuán)，可以由廉價的石墨粉批量生產(chǎn)。這些獨特的性質(zhì)使得氧化石墨烯復(fù)合材料在環(huán)境污染修復(fù)中的應(yīng)用前景廣闊。關(guān)于氧化石墨烯復(fù)合材料去除水體中重金屬的報道很多，比如氧化石墨烯/四氧化三鐵復(fù)合材料去除As'As'Cr6+和Hg2+，氧化石墨烯/氫氧化鐵復(fù)合材料去除As5+，巰基化氧化石墨烯/磁性殼聚糖復(fù)合材料去除Hg2+ 等。文南犬 “X.Lu，X.Huangfu，J.Ma，Removal of trace mercury (11) from aqueoussolut1n by in situ formed Mn_Fe(hydr)oxides，J Hazard Mater,280(2014)71-78.^報道了原位形成的鐵猛氧化物(Fe-Mn oxides)通過表面絡(luò)合和絮凝沉淀的機理高效去除低濃度(30yg/L)的無機汞(Hg2+)，當(dāng)鐵錳氧化物投加量為40mg Fe/L(Mn/Fe摩爾比為0.33)時，汞去除率為80%。氧化石墨烯與鐵錳氧化物復(fù)合，可以結(jié)合兩者獨有的優(yōu)勢，在水處理領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1.本發(fā)明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料，其特征在于:所述氧化石墨烯通過其表面的含氧官能團(tuán)(即C = O，C-O-C ,O = C-O, C-O)及JT-JT鍵的作用與鐵錳氧化物相結(jié)合，使鐵錳氧化物高度分散。
[0005]2.本發(fā)明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料，其特征在于:所述氧化石墨稀/鐵猛氧化物復(fù)合材料中，猛和鐵的摩爾比為0.33，鐵和氧化石墨稀的質(zhì)量比為1/7.5。
[0006]3.本發(fā)明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料，其特征在于:制備步驟簡便。
[0007]新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備:在氮氣條件下，向氧化石墨烯懸濁液中緩慢加入硫酸亞鐵溶液。混勻后，邊磁力攪拌邊逐滴加入高錳酸鉀溶液，立即調(diào)整pH為
7.5。此時，鐵錳氧化物形成深褐色絮狀沉淀，由于氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)(S卩C = 0，C-0-C，0 = C-0，C-0)和3T-3T鍵的作用，鐵錳氧化物高度分散在氧化石墨烯片層結(jié)構(gòu)的表面。持續(xù)磁力攪拌I小時確保充分反應(yīng)，靜置12小時使材料充分生長，得到氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料懸濁液。
[0008]4.本發(fā)明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料，其特征在于，應(yīng)用于去除水體中的無機汞(Hg2+)，當(dāng)Hg2+初始濃度為lmg/L，F(xiàn)e/G0質(zhì)量比為l/7.5，Mn/Fe摩爾比為0.33(8mg Fe/L)，pH=7.0±0.2，離子強度為0.0lM NaNO3，混合24h后汞的去除率為89%。
[0009]5.本發(fā)明所述的無機汞(Hg2+)的檢測所用原子熒光(吉天AFS-830)檢測條件如下:負(fù)高壓:270V;原子化器高度:8mm ；燈電流:30mA ；載氣流量:300mL/min ；屏蔽氣流量:800mL/
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【具體實施方式】
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[0010]結(jié)合以下具體實施案例進(jìn)一步闡明本發(fā)明。需理解，以下實施方式僅用于解釋本發(fā)明，而不限制本發(fā)明的適用范圍。下列實施方式中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件操作。
[0011]實施例:
[0012]本實施提供了一種簡便的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備方法，并將其應(yīng)用于水體中無機汞(Hg2+)的吸附。新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料的制備工序比較簡單:取24mL氧化石墨烯懸濁液(2g G0/L)加入360mL去離子水中，在氮氣條件下，緩慢加入8mL硫酸亞鐵貯備液(0.8g Fe/L)，磁力攪拌使硫酸亞鐵與氧化石墨烯充分混合。邊磁力攪拌邊逐滴加入SmL高錳酸鉀貯備液(0.26g Mn/L)，混合均勻后，立即調(diào)整pH為7.5。此時，鐵錳氧化物形成深褐色絮狀沉淀，并高度分散在氧化石墨烯片層結(jié)構(gòu)的表面。持續(xù)磁力攪拌I小時確保充分反應(yīng)，靜置12小時使材料充分生長，得到新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料懸濁液，標(biāo)記為GO/Fe-Μη。此時，Mn/Fe摩爾比為0.33，F(xiàn)e/G0質(zhì)量比為I /7.5。
[0013]通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察復(fù)合材料表面形態(tài)，結(jié)果如圖1A(Fe-Mn)，B(G0)，C(G0/Fe-Mn)，D(G0/Fe-Mn高倍放大圖)所示，純鐵錳氧化物(Fe-Mn)絮凝團(tuán)聚，呈棉絮狀;純氧化石墨烯(GO)呈片層結(jié)構(gòu)，相互疊加;而氧化石墨烯/鐵錳氧化物復(fù)合材料(GO/Fe-Mn)則為鐵錳氧化物顆粒高度分散在氧化石墨烯表面，鐵錳氧化物顆粒尺寸明顯減小。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對比Fe-Mn、G0和GO/Fe-Mn表面官能團(tuán)種類變化，結(jié)果如圖2所示，GO/Fe-Mn合成機制是通過氧化石墨稀表面的含氧官能團(tuán)(即C = O，C-O-C，0 = C-0，C-0)和JT-π鍵的作用。
[0014]為了考察不同質(zhì)量GO對GO/Fe-Mn復(fù)合材料去除水體中無機汞(Hg2+)效果的影響，將實驗分組設(shè)置如下:(I )Fe-Mn (對照組)；(2 )Fe_M